Основные типы магнитных состояний вещества

Баркгаузена (Barkhausen jumps). 
Домены отделены один от другого переходным слоем – доменной стенкой, в пределах 
которой происходит изменение направления намагниченности. Если поворот направления 
намагниченности происходит в плоскости стенки с его изменением на противоположное, то 
её называют стенкой Блоха (Bloch wall) – рис. 2.2, а.
а б 
Рис. 2.2. Изменение ориентации спинов атомов на границе двух доменов с 
противоположными направлениями намагниченности: стенка Блоха (а) и стенка Нееля (б) 
1
P. Weiss, La variation du ferromagnetisme du temperature, Comptes Rendus, 143, 1136–1149 (1906). 
2
H. G. Barkhausen, Zwei mit Hilfe der neuen Verstärker entdeckte Erscheinungen, Phys. Z. 20, 401–403 (1919). 

---

45 
Стенку, в которой поворот направления намагниченности происходит не в её 
плоскости, а перпендикулярно ей, называют стенкой Нееля (Néel wall) – рис. 2.2, б. Её 
образование в объемных материалах энергетически невыгодно. Такие стенки формируются в 
тонких магнитных пленках толщиной порядка 100 нм и менее. Причина – возросшее влияние 
размагничивающего поля, действующего в плоскости пленки. Его величина обратно 
пропорциональна толщине пленки. Вследствие этого намагниченность ориентируется в 
плоскости пленки, и переход между доменами происходит внутри той же плоскости, то есть 
перпендикулярно самой стенке. 
В тонких магнитных пленках помимо рассмотренных двух типов доменных границ 
могут иметь место и доменные границы, в которых чередуются элементы блоховских и 
неелевских границ. Их называют границами с перевязками или границами типа колючей 
проволоки. Они встречаются в интервале толщин пленок 30–120 нм, где оба крайних случая 
энергетически эквивалентны.
Толщина доменной стенки всегда значительно больше межатомного расстояния, то есть 
междоменная переходная область имеет макроскопические размеры. Её формирование 
контролируется конкуренцией вкладов обменного взаимодействия и ориентирующих 
факторов, связанных с анизотропией магнитных свойств кристалла, что характеризуется 
соотношением энергии обменного взаимодействия и энергии магнитной анизотропии, 
которую оценивают как разность в энергетических затратах на намагничивание материала в 
различных направлениях.
Различают несколько видов магнитной анизотропии. Зависимость намагниченности от 
её направления относительно кристаллографических осей в кристаллах называют 
естественной кристаллографической магнитной анизотропией. Магнитная анизотропия 
может возникать и вследствие упругих деформаций, при наличии внешних или внутренних 
напряжений – наведённая магнитная анизотропия, а также из-за анизотропии формы образца. 
Магнитная анизотропия существенно влияет на процессы намагничивания и 
перемагничивания, на доменную структуру и другие свойства ферромагнетиков.
Именно она 
ограничивает толщину переходной области между доменами. Спины атомов в доменной 
стенке большей частью расположены не вдоль осей лёгкого намагничивания. Толщина 
стенки приблизительно пропорциональна энергии магнитной анизотропии. 
Дать 
определение.
ОЛН (ось трудного намагничивания, ОТН) - направление в ферро- или 
ферримагнитном образце, вдоль которого работа намагничивания образца до насыщения, 
производимая внешним магнитным полем, минимальна (максимальна).
Возникновение доменов в ферромагнетике обусловлено обменным взаимодействием 
электронов в атомах непосредственно между атомами, или через электроны проводимости. 
?

---

46 
Они наблюдаются в твердых телах с четко выраженной кристаллической структурой – в 
монокристаллах и поликристаллических материалах, в которых существенна анизотропия 
магнитных свойств, связанная с анизотропией обменного взаимодействия, определяемого 
анизотропией d- или f-волновых функций электронов, ответственных за ферромагнетизм 
материалов, содержащих 3d-элементы группы железа или 4f-элементы группы 
редкоземельных металлов. Как следствие, вектор намагниченности в кристаллах таких 
материалов выстраивается не произвольно, а в строго определенных направлениях. Обычно 
это направления, соответствующие кристаллографическим осям. Так, например, в 
кубических ферромагнетиках вектор намагниченности может быть направлен вдоль ребра 
куба, диагонали грани куба или главной диагонали куба. В одноосных кристаллах 
намагниченность может быть направлена либо вдоль оси анизотропии (ферромагнетик типа 
легкая ось), либо в плоскости, перпендикулярной оси анизотропии (ферромагнетики типа 
легкая плоскость).
Каждый ограниченный по размеру образец ферромагнетика, в том числе и домен, 
образует магнитный диполь – объект с двумя магнитными полюсами (северным и южным), 
разведенными на небольшое расстояние друг относительно друга (по сравнению с 
расстоянием до точки наблюдения). Он создает вокруг себя магнитное поле, с которым 
связана энергия, называемая энергией магнитодипольного взаимодействия E
m
. Этот вид 
энергии ферромагнетика еще называют энергией размагничивающих полей из-за того, что 
вектор индукции магнитного поля вне образца в основном направлен против вектора 
намагниченности в образце. В случае, когда образец намагничен до насыщения, 
предполагающем, что все магнитные моменты атомов выстроены параллельно друг другу, 
энергия E
m
пропорциональна объему образца. В произвольном же случае E
m
пропорциональна индукции магнитного поля вне образца – индукции размагничивающих 
полей.
Дипольное взаимодействие примерно в 1000 раз слабее обменного. Но оно с 
расстоянием r между магнитными атомами спадает пропорционально 1/r
3
существенно 
медленнее обменного взаимодействия, меняющегося по закону exp(–αr), где 1/α порядка 
межатомного расстояния. Начиная с некоторого достаточно большого расстояния, магнитное 
дипольное взаимодействие становится больше обменного, что приводит к антипараллельной 
ориентации спинов в соседних доменах. 
При наложении внешнего магнитного поля намагничивание ферромагнетика 
происходит как за счет вынужденной ориентации векторов намагниченности основных 
доменов по полю, так и за счет смещения стенок доменов. При достижении определенных 
значений напряженности внешнего магнитного поля векторы намагниченности всех доменов 
ориентируются по направлению поля, что приводит к насыщению намагниченности 

---

47 
ферромагнетика. После снятия внешнего магнитного поля ферромагнетик сохраняет 
остаточную 
намагниченность, 
становясь 
постоянным 
магнитом. 
Остаточная 
намагниченность является следствием необратимых процессов при смещении доменных 
стенок.
Разнообразие доменных структур не ограничивается рассмотренными примерами. В 
реальных ферромагнитных материалах конфигурация доменов может быть весьма сложной. 
Она зависит от структурного совершенства и анизотропии образующих его кристаллов, их 
размеров и формы. В каждом конкретном образце ферромагнетика формируется такая 
доменная структура, которая соответствует минимуму суммарной энергии: обменной, 
магнитной анизотропии, магнитодипольной и энергии доменных стенок. При этом силовые 
линии магнитного поля могут замыкаться как внутри образца, так и выходить на его 
поверхность и создавать магнитное поле вне его.