Возможность образования и обратимой перестройки равновесной доменной структуры в антиферромагнетиках

Abstract

Показано, что магнитоупругое взаимодействие может играть существенную роль в формировании равновесной доменной структуры в антиферромагнетиках, имеющих два и более эквивалентных легких направления оси магнитной анизотропии. В рамках феноменологи ческой модели с использованием методов нелинейной теории упругости продемонстрировано, что поверхность кристалла может служить и служит источником фиктивных "упругих зарядов" несовместности, следствие которых аналогично следствию существования магнитостатических зарядов, возникающих на поверхности ферромагнитных кристаллов и приводящих к образованию доменов. При этом поверхность кристалла рассматривается как особая фаза со своими магнитными, упругими и магнитоупругими свойствами. Поле "упругих зарядов" является дальнодействующим и, соответственно, дает пропорциональный объему, а не площади поверхности образца вклад в энергию "раздвойникования", которая играет основную роль в формировании равновесной доменной структуры. Возникновение последней есть нe что иное, как восстановление исходной глобальной симметрии кристалла в тех случаях, когда фазовое превращение, идущее с ее спонтанным нарушением, описывается параметром порядка, который сопряжен со сдвиговой деформацией. Условия отсутствия "упругих зарядов" внутри образца накладывают определенные ограничения на морфологию магнитоупругой доменной структуры в антиферромагнетиках. Обсуждается влияние дисклинаций, возникающих в месте стыка трех и более доменов, на характер равновесного состояния кристалла.

Показано, що магнітопружна взаємодія може відігравати суттєву роль у формуванні рівноважної доменної структури в антиферомагнетиках, що мають два і більше еквівалентних легких напрямків осі магнітної анізотропії. В межах феноменологічної моделі з використанням методів нелінійної теорії пружності продемонстровано, що поверхня кристала може бути і є джерелом фіктивних «пружних зарядів» несумісності, наслідки яких аналогічні наслідкам існування магнітостатичних зарядів, що виникають на поверхні феромагнітних кристалів і призводять до утворення доменів. При цьому поверхня кристала розглядається як особлива фаза із своїми магнітними, пружними і магнітопружними властивостями. Поле «пружних зарядів» є далекосяжним і, відповідно, робить пропорційний об’єму, а не площині поверхні зразка внесок в енергію «роздвійникування», яка грає основну роль в формуванні рівноважної доменної структури. Поява останньої є нічим іншим, як відновленням вихідної глобальної симетрії кристала в тих випадках, коли фазове перетворення, що йде з її спонтанним порушенням, описується параметром порядку, який спряжений з деформацією зсуву. Умови відсутності «пружних зарядів» внутрі зразка накладають відповідні обмеження на морфологію магнітної доменної структури в антиферомагнетиках. Обговорюється вплив дисклінацій, які виникають у місці стику трьох та більше доменів, на характер рівноважного стану кристала.

It is shown that the magnetoelastic interaction can play a substantial role in the formation of the equilibrium domain structure in antiferromagnets having two or more equivalent easy directions of the axis of magnetic anisotropy. It is demonstrated with the use of the methods of nonlinear theory of elasticity in the framework of a phenomenological model that the surface of the crystal can and does serve as a source of fictitious “elastic charges” of incompatibility, which have consequences analogous to those of the magnetostatic charges that arise on the surface of ferromagnetic crystals and lead to the formation of domains. Here the surface of the crystal is treated as a special phase with its own magnetic, elastic, and magnetoelastic properties. The field of the “elastic charges” is long-ranged, and, accordingly, its contribution to the stray (“detwinning”) energy, which plays the main role in the formation of the equilibrium domain structure, is proportional to the volume of the sample rather than its surface area. The formation of the domain structure is nothing more than the restoration of the initial global symmetry of the crystal in those cases when the phase transformation that breaks this symmetry is described by an order parameter which is conjugate to the shear strain. The conditions for the absence of “elastic charges” inside the sample impose certain restrictions on the morphology of the magnetoelastic domain structure in antiferromagnets. It is shown how the character of the equilibrium state of the crystal is influenced by disclinations arising at places where three or more domains come together.