антиферромагнитные домены

АНТИФЕРРОМАГНИТНЫЕ ДОМЕНЫ - области антиферромагн. кристалла (домены ),в к-рых однороден вектор антиферромагнетизма L или волновой вектор структуры с модулир. спиновой плотностью (в случае антиферромагнетиков с такой структурой, см. Магнитная атомная структура).

В одноосных антиферромагнетиках (АФМ) с анизотропией типа "лёгкая ось", а также в орторомбич. кристаллах и кристаллах более низкой симметрии могут существовать только 180-градусные (180°-) домены, отличающиеся знаком вектора L. В простейшем случае вектор L равен разности намагниченности двух подрешёток магнитных, т. о. 180°-домены отличаются только нумерацией подрешёток. На рис. 1 приведена двухмерная модель доменной стенки между двумя 180°-доменами. Такие стенки получили назв. S-стенок (Spin rotation), а соответствующие 180°-домены - S-доменов.

Рис. 1. Изменение направления магнитных моментов ионов (обозначены стрелками) в 180-градусной доменной стенке, разделяющей два антиферромагнитных домена (двухмерная модель).

Рис. 2. Пример сочленения T-доменов в тригональнрм антиферромагнетике (стрелками указаны направления вектора антиферромагнетизма).

Существование стенок между А. д. увеличивает обменную энергию и энергию анизотропии АФМ, а также его магнитоупругую энергию, но, в отличие от ферромагнетиков, образование А. д. в АФМ не компенсирует прироста энергии за счёт уменьшения внеш. магн. полей (поскольку у АФМ они отсутствуют). Следовательно, доменная структура идеальных АФМ термодинамически неустойчива. Однако опыт показывает, что в большинстве АФМ домены существуют. По-видимому, их относит. устойчивость обеспечивают примеси и др. дефекты решётки кристалла.

Образование А. д. может быть обусловлено тем, что в процессе охлаждения вещества при переходе через Нееля точку T_N антиферромагн. порядок возникает одновременно в нескольких независимых зародышах и характеризуется случайным направлением вектора L. В процессе роста этих зародышей возникают области, на границах между к-рыми регулярное антиферромагн. чередование магн. моментов нарушается, что приводит к образованию доменной стенки (см. Антиферромагнетизм).

В одноосных кристаллах с анизотропией типа "лёгкая плоскость" существует неск. осей лёгкой намагниченности (3 - в тригональных кристаллах, 4 - в тетрагональных, 6 - в гексагональных). В этом случае установление антиферромагн. упорядочения сопровождается (за счёт спонтанной магнитострикции)существенным понижением кристаллографич. симметрии. При этом кроме S-доменов могут возникать домены, в к-рых векторы L повёрнуты относительно друг друга на 120°, 90° и 60° соответственно. Такие домены наз. двойниковыми или Т-доменами (Twin). Естественно, что образование магн. Т-доменов сопровождается механич. двойникованием ,хотя величина спонтанной стрикции может быть и ничтожно малой. Пример разбиения тригонального АФМ на Т-домены, лежащие в одной плоскости, показан на рис. 2.

В кубич. кристаллах с антиферромагн. структурой типа , в к-рой образуются ферромагн. слои в плоскостях (111), существует спец. тип Т-доменов. Они отличаются тем, какие именно из плоскостей, перпендикулярных четырём пространств. диагоналям, представляют собой ферромагн. слои. Пример Т-границы в таком АФМ показан на рис. 3.

В структурах с модулир. спиновой плотностью А. д. могут отличаться направлением волнового вектора структуры.

В АФМ со слабым ферромагнетизмом при повороте вектора намагниченности на 180° на такой же угол меняется и направление вектора L. В этом случае, приложив сравнительно небольшое внеш. магн. поле, удаётся перевести АФМ в однодоменное состояние. В АФМ без слабого ферромагнетизма это удаётся сделать в очень редких случаях, прикладывая одновременно магн. поле и одностороннее давление.

Наблюдать А. д. значительно труднее, чем ферромагнитные домены Т--домены наблюдают оптич. методами в тонких прозрачных пластинах, что возможно благодаря существованию в АФМ магн. линейного двойного лучепреломления и различию направлений оптич. осей в разных Т-доменах.

Рис. 3. Два типа границ Т-доменов в антиферромагнетиках со структурой NiO (границы показаны штриховкой).

Более универсальными являются методы рентг. и нейтронографич. топографии. Первый метод регистрирует искажение кристаллич. решётки вдоль Т-доменной границы, второй - направление (но не знак) вектора L в данной части кристалла.

Для наблюдения S -доменов в успешно применён метод нейтронной топографии с поляризов. пучком нейтронов (1978).

Непосредств. оптич. наблюдение S-доменов удалось осуществить в в 1979 с помощью линейного магнитооптич. эффекта (ЛМОЭ). Симметрия допускает существование ЛМОЭ только в огранич. числе АФМ (в тех же кристаллах, в к-рых возможен пьезомагнетизм ).Этот эффект состоит в том, что при наложении магн. поля вдоль оптич. оси одноосного АФМ он становится двухпреломляющим для света, распространяющегося вдоль оси кристалла (кристалл становится оптически двухосным). Разность показателей преломления для света, поляризованного вдоль оси [100] и оси [010], линейно зависит от магн. поля и меняет знак при изменении знака вектора L. Последнее обстоятельство позволяет наблюдать S-домены в оптич. поляризац. экспериментах.

Наличие S-доменов затрудняет наблюдение в АФМ линейных по L эффектов: пьезомагнетизма и магнитоэлектрич. эффекта. Магн. моменты, возникающие при наблюдении этих эффектов, имеют противоположные знаки в смежных S-доменах. В многодоменном образце в отсутствие внеш. поля они могут компенсировать друг друга и сильно уменьшать наблюдаемую величину эффекта.

Наличие Т-доменов приводит к тому, что при наблюдении антиферромагнитного резонанса во внеш. магн. поле резонансные линии от каждого домена, вообще говоря, наблюдаются при разл. значениях магн. поля Н, т.к. углы между Н и L разных T- доменах оказываются различными.

Лит.: Харченко H. Ф., Еременко В. В., Белый Л. И., Визуальное наблюдение 180-градусных антиферромагнитных доменов, "Письма в ЖЭТФ", 1979, т. 29. с. 432; Фарзтдинов M. M., Физика магнитных доменов в антиферромагнетиках и ферритах, M., 1981; Roth W. L., Neutron and optical studies of domains in NiO, "J. Appl. Phys.", 1960, v. 31, p. 2000; Schlenker M., Ваruсhel J., Neutron techniques for the observation of ferro- and antiferromagnetic domains, там же, 1978, v. 49, p. 1996. А. С. Боровик-Романов.

   <<      Предметный указатель      >>