Cтраница 4
Кристалл сегнетоэлектрика состоит из доменов, различающихся направлением вектора спонтанной поляризации. Изменение направления спонтанной поляризации происходит в доменных стенках, которые ограничивают области однородной поляризации. В одноосных кристаллах возможно существование 180-градусных доменов. В многослойных сегнетоэлектриках имеется возможность для существования доменов с взаимно перпендикулярной поляризацией 90-градусных доменов. Возможны и другие доменные конфигурации. [46]
Неель [ 222 выдвинул гипотезу, заключающуюся в том, что аптнферромаг-иетики можно разбить на домены, подобные вейссовскнм доменам в ферромагнетиках. Каждый домен состоит из двух антипараллельно ориентированных под решеток при различных ориентациях соседних доменок. Поскольку аптнфер-ромагнитпые домены обладают очень малым суммарным магнитным моментом, их форма является значительно менее правильной, чем в случае ферромагнетика, и между ориентацией соседних доменов существует очень малая непосредственная корреляция. Если прикладывается внешнее магнитное поле, то домены стремятся ориентироваться перпендикулярно этому полю; кроме того, границы между ними могут претерпевать либо обратимые, либо необратимые смещения. Прямое экспериментальное доказательство существования аитпферромагиптных доменов затруднительно. Дать удовлетворительное объяснение гпстерезпсным эффектам в аптп-ферромагнетике очень трудно. Поскольку остаточные моменты очень малы, вполне возможно, что они являются лишь вторичными эффектами, связанными, например, с загрязнениями, присутствующими в кристалле. [47]
Существование доменов вместо сплошной спонтанной намагниченности ферромагнетика в одном направлении легко понять, снова принимая во внимание, что ферромагнетик ( при постоянной температуре) стремится к состоянию с наименьшей свободной энергией. В самом деле, большие силы взаимодействия между элементарными магнитами в ферромагнетике, соответствующие очень сильному молекулярному полю pi, действуют между соседними частицами вещества. Эти силы стремятся установить элементарные магнитные моменты параллельно друг другу, поэтому их взаимно противоположное направление в соседних доменах означает увеличение потенциальной энергии элементарных магнитов. Но такое увеличение касается лишь соседних частиц вещества, расположенных по ту и другую сторону от границы доменов. С другой стороны, существование доменов с различным направлением вектора намагниченности приводит к частичной компенсации их магнитных полей, что означает уменьшение энергии магнитного, поля ферромагнетика. [48]
Очевидно, что для уменьшения электрической энергии выгодно уменьшать объемы доменов. Однако процессу уменьшения размера доменов препятствует другой фактор, связанный с наличием поверхностной энергии на границе между соседними доменами. Ясно, что суммарная поверхность границ между доменами увеличивается при уменьшении объема доменов и, следовательно, увеличивается также и поверхностная энергия. Поэтому объемы доменов могут уменьшаться лишь до определенных пределов, когда это приводит к уменьшению полной энергии системы. При дальнейшем уменьшении объема доменов за счет поверхностной энергии происходит не уменьшение, а увеличение полной энергии. Тем самым фиксируются размеры доменов. Эти размеры имеют порядок тысяч межмолекулярных расстояний. Существование доменов доказывается в экспериментах прямым наблюдением с помощью поляризованного света, а также в опытах по травлению поверхности сегнетоэлектрика, поскольку различные части домена при травлении разрушаются с различной скоростью. [49]
Магнитные свойства материалов обусловлены внутренними скрытыми формами движения электрических зарядов, представляющими собой элементарные круговые токи. Такими круговыми токами являются: вращение электронов вокруг собственных осей - электронные спины и орбитальное вращение электронов в атомах. Явление ферромагнетизма связано с образованием внутри некоторых материалов ниже определенной температуры ( точки Кюри) таких кристаллических структур, при которых в пределах макроскопических областей, называемых магнитными доменами, электронные спины оказываются ориентированными параллельно друг другу и одинаково направленными. Таким образом, характерным для ферромагнитного состояния вещества является наличие в нем самопроизвольной ( спонтанной) намагниченности без приложения внешнего магнитного поля. Однако, хотя в ферромагнетике и образуются самопроизвольно намагниченные области, но направления магнитных моментов отдельных доменов получаются самыми различными, как это вытекает из закона о минимуме свободной энергии системы. Магнитный поток такого тела во внешнем пространстве будет равен нулю. Возможные размеры доменов для некоторых материалов составляют около 0 001 - 10 мм3 при толщине пограничных слоев между ними в несколько десятков - сотен атомных расстояний. У особо чистых материалов размеры доменов могут быть и больше. Существование доменов удалось показать экспериментально. При очень медленном перемагничивании ферромагнитного образца в телефоне, соединенном через усилитель с катушкой, охватывающей образец, можно различать отдельные щелчки, связанные непосредственно со скачкообразными изменениями индукции. [50]