畴壁结构和畴壁能.ppt

关于畴壁结构和畴壁能
第1页，讲稿共32张，创作于星期二
理论和实验都证明，在两个相邻磁畴之间原子层的自旋取向由于交换作用的缘故，不可能发生突变，而是逐渐的变化，从而形成一个有一定厚度的过渡层，称为畴壁。
按畴壁两 称作畴壁能密度单位
在只考虑磁晶各向异性和交换作用的情况下，畴壁厚度和单位面积畴壁能量可以一般表示为：
其中c1,c2 是与晶体结构和磁畴结构有关的常数。
900Bloch壁的计算结果如下
第16页，讲稿共32张，创作于星期二
, Phil. Mag.,41,792,1950 见宛书p243
该表与姜书p249表4－7相同，但已经换算为SI单位制
J﹒m-3
第17页，讲稿共32张，创作于星期二
附录：Fe 的相关数据之估算
各文献所取数值不尽相同。
该值和前面表中数值有别，但量级是相同的。
差别并不大。
这是一个下面常用的数值。
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畴壁内原子自旋取向变化的方式除去Bloch方式以外，还在薄膜样品中发现了另一种 Neel 壁的变化形式，前者壁内的自旋取向始终平行于畴壁面转向，多发生在大块材料中，后者壁内的自旋取向始终平行于薄膜表面转向，在畴壁面内产生了磁荷和退磁场，但在样品表面没有了退磁场。
三. Neel壁的结构和畴壁能
第19页，讲稿共32张，创作于星期二
Neel 壁
Bloch 壁
从图可以看出：随着材料厚度的变薄，Bloch壁在样品表面产生的退磁场能会变得很大，相反，Neel壁的退磁场能会变得比较小，所以薄膜中会出现Neel壁。具体计算如下：
第20页，讲稿共32张，创作于星期二
在薄膜厚度为D的两面有露出的磁极，产生退磁能。畴壁可以看成是椭圆截面的柱体，长轴为D ，短轴为畴壁宽度 ，产生的单位畴壁面积退磁能近似等于
其中N为长轴方向的退磁因子
M要取平均值
Bloch畴壁单位面积的总能量为：
给出平衡值δ。显然有：
该表达式和姜书p251有区别，但结论是一致的。
布洛赫壁
第21页，讲稿共32张，创作于星期二
仍然把畴壁当作一个椭圆截面的柱体，但长轴为δ，
短轴为D,长轴方向的退磁因子为
Neel壁单位面积畴壁内的退磁场能为：
这里同样要考虑平均值
Neel壁单位面积畴壁的总能量可以写作：
给出平衡值δ。
Neel壁
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从上述结果可以看出，厚度对两种畴壁能的影响是不同的。当大块材料的尺度减小时，Bloch形式的壁在材料表面的退磁能将变得十分突出，相反，如采用 Neel壁形式退磁能反而会比较低。
D
D
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Neel 1955 年计算结果
Dietze等1961计算结果
见姜书p252
第24页，讲稿共32张，创作于星期二
上图给出二种畴壁能与厚度的关系，交叉点即为畴壁由布洛赫型向涅耳型转化的临界厚度。Neel 给出的临界厚度和狄切和托马斯给出的有所不同。后者给出的临界厚度是：
代入Fe的相关数据估算出的临界厚度为：325×10-10m.
实际在该临界厚度附近有一过渡区，会出现一种十字壁(cross-tie wall)的形式。例如实验表明Fe-Ni 合金薄膜的情形如下
D~20 nm
100 nm
Neel wall
Bloch wall
cross-tie wall
第25页，讲稿共32张，创作于星期二
在薄膜厚度300～900 ×10－10m的80％FeNi合金中发现了一种十字壁。这是因为出现Neel壁后引发了体磁荷，它的退磁场又影响了原子磁距的取向，因此出现了十字壁以减小Neel壁两侧面上磁荷的影响，使Neel壁又分成许多磁荷正负相间的小段，而小段和小段之间由Bloch壁分开。
四. 十字壁
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十字壁也称横结壁（cross-tie wall)，主畴壁是极性相间的Neel壁，两个Neel壁之间是很窄的Bloch壁（线）。
第27页，讲稿共32张，创作于星期二
D＜2×10-8m 为Neel 壁，D＞10-7m 为Bloch壁，中间区域出现十字壁
第28页，讲稿共32张，创作于星期二
畴壁在运动过程中的能量要比静止时候大，增加的这部分能量与畴壁运动速度的平方成正比，从比例常数中可以引出畴壁有效质量的概念。畴壁运动中还会受到各种阻尼作用，产生损耗，也具有一定的劲度，在一定情况下，可以和弹性膜相似，因此在磁场作用下的可以用下面公式描述。
五. 畴壁的动态性质
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试证明磁晶单轴各向异性等