Домены

ДОМЕНЫ (французский domaine - владение, область, от латинского dominium - владение), области химически однородной среды, различающиеся электрическими, магнитными или упругими свойствами либо упорядоченностью в расположении частиц. Выделяют магнитные (ферромагнитные и антиферромагнитные), сегнетоэлектрические, акустоэлектрические домены, домены Ганна, упругие домены, домены в жидких кристаллах и др.

Домены магнитные - макроскопические области магнитноупорядоченного вещества, различающиеся в зависимости от конкретного типа магнитного упорядочения направлением намагниченности М, вектора антиферромагнетизма L (или направлением L и М одновременно), а также размером, формой и другими особенностями, связанными, в частности, с кристаллографической структурой образца и его формой. Ориентация М (или L) в одном из возможных направлений в каждом домене соответствует минимуму энергии магнитной анизотропии, а в общем случае и энергии намагниченности во внешнем магнитном, магнитостатическом и упругом полях. Представление о доменах в ферромагнетиках  впервые  введено П. Вейсом (1907), а в антиферромагнетиках - Л. Неелем (1948).

Реклама

Домены  могут иметь форму полос, сот, цилиндров (смотри Цилиндрические магнитные домены), колец, спиралей и т.п.; их размеры колеблются от 1 мкм в тонких плёнках до нескольких миллиметров (по ширине) в  массивных  образцах.

В ферромагнитных образцах, размеры которых больше размера однодоменности (смотри Однодоменные частицы), при отсутствии внешнего магнитного поля и температуре ниже ТС (Кюри точки) минимуму энергии кристалла отвечает неоднородное магнитное состояние в виде совокупности  большого  числа  доменов с различными направлениями намагниченности М (смотри Магнитная доменная структура). Такая доменная структура формируется в соответствии с имеющимися в ферромагнетике взаимодействиями. Общая причина её возникновения связана с уменьшением полной энергии образца благодаря уменьшению магнитостатической энергии за счёт дробления магнитных полюсов на поверхностях образца (Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц, 1935).

Возникновение антиферромагнитных доменов при температурах ниже ТN (Нееля точки), как правило, не отвечает минимуму энергии и связано с тем, что фазовый переход в антиферромагнитное состояние происходит независимо в разных областях неоднородного образца, так что направление L в этих областях оказывается различным. Антиферромагнитные домены могут быть термодинамически выгодными в области промежуточного состояния магнитно-упорядоченного вещества. Антиферромагнитные домены отличаются или только направлением L (S-домены), или одновременно направлениями L и оси растяжения (Т-домены).

Векторы М соседних ферромагнитных доменов могут быть направлены по отношению друг к другу под углами 71° и 109° (Ni), а также 90° (Fe) и 180° (Со, Fe, Ni). В соседних антиферромагнитных доменах векторы L могут составлять друг с другом углы 90° и 180° (NiF2) или 60°, 120° и 180° (α-Fe2О3).

Между доменами существует переходный слой, называемый доменной стенкой. Толщина доменной стенки δ0 определяется конкуренцией неоднородного обменного взаимодействия, которое стремится увеличить δ0, и магнитной анизотропии, стремящейся уменьшить δ0: δ0 ~ (А/К)1/2, где А и К - константы обменной энергии и энергии анизотропии. У типичных ферромагнитных материалов обменная энергия значительно превосходит энергию магнитной анизотропии и δ0 составляет десятки и сотни межатомных расстояний. Доменная стенка обладает поверхностной энергией ς ~ (А/К)1/2.

Домены  магнитные наблюдают с помощью магнитных порошков и суспензий, а также магнитооптическими методами, методами электронной микроскопии и др.

Лит.: Фарзтдинов М. М. Физика магнитных доменов в антиферромагнетиках и ферритах. М., 1981; Филиппов Б. Н., Танкеев А. П. Динамические эффекты в ферромагнетиках с доменной структурой. М., 1987.

Б. Н. Филиппов.

Домены сегнетоэлектрические - области сегнетоэлектрического кристалла, обладающие однородной спонтанной электрической поляризацией. При фазовом переходе в спонтанно поляризованное состояние на поверхности сегнетоэлектрического кристалла возникают связанные электрические заряды и обусловленное ими электрическое поле внутри и вне кристалла. Для электрически изолированного кристалла энергия этого поля уменьшается при разбиении кристалла на домены. Размеры сегнетоэлектрического домена зависят от формы и размеров кристалла. При этом направления векторов спонтанной поляризации Рсп в различных доменах оказываются связанными между собой операциями симметрии кристалла, утраченными при фазовом переходе. Уменьшение размеров доменов приводит к увеличению площади доменных стенок, отделяющих области с различными направлениями Рсп; равновесные размеры доменов соответствуют минимуму суммарной энергии электрического поля и поверхностной энергии доменных стенок. Для одноосного сегнетоэлектрика, имеющего форму плоскопараллельной пластины толщиной h с вектором Рсп, перпендикулярным плоскости пластины, равновесная ширина домена  пропорциональна  h1/2.

Другая возможность образования сегнетоэлектрического домена связана с явлением переключения спонтанной поляризации внешним электрическим полем. Переполяризация однодоменного сегнетоэлектрика обусловлена зарождением и ростом объёма доменов обратной полярности. Динамические свойства сегнетоэлектрического домена в значительной степени ответственны за сегнетоэлектрический гистерезис и определяют величину коэрцитивного поля.

Лит.: Лайнс М., Гласс А. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы. М., 1981; Струков Б. А., Леванюк А. П. Физические основы сегнетоэлектрических  явлений  в кристаллах. 2-е изд. М., 1995.

Б. А.  Струков.

Домены Ганна - области полупроводника с различным удельным электрическим сопротивлением и разной напряжённостью электрического поля, которые образуются в первоначально однородном полупроводнике с S-образной вольтамперной характеристикой в достаточно сильном внешнем электрическом поле (смотри Ганна эффект).

Домены упругие - области с различной спонтанной деформацией, возникающие в твёрдой фазе при её образовании внутри или на поверхности другой твёрдой фазы. Наблюдаются при мартенситном превращении, упорядочении твёрдых  растворов, механическом двойниковании.