К теории формирования равновесной доменной структуры в антиферромагнетиках

Abstract

Предложена модель, описывающая формирование и обратимую перестройку равновесной доменной структуры в массивных антиферромагнетиках с достаточно сильным магнитоупругим взаимодействием. Модель основана на предположении о существовании микроскопического параметра порядка тензорной природы — тензора микронапряжений, возникающего в процессе формирования магнитного момента вследствие магнитоупругих взаимодействий. Учет такого параметра необходим для адекватного описания как макроскопических внутренних напряжений и соответствующих им спонтанных деформаций, так и микроструктуры кристалла (например, доменной структуры). Возникающие локально в каждой элементарной ячейке микронапряжения, с формальной точки зрения, эквивалентны упругим диполям и создают дальнодействующие поля, вклад которых в свободную энергию кристалла аналогичен вкладу магнитостатической энергии в ферромагнетиках и благоприятствует уменьшению макроскопической деформации образца за счет формирования равновесной доменной структуры. Соответствующий вклад назван нами «энергией раздеформирования». Показано, что учет этой энергии в антиферромагнитных кристаллах позволяет не только объяснить причины формирования доменной структуры, но и проследить ее зависимость от формы кристалла и внешних полей.

Запропоновано модель, яка описує формування та зворотню перебудову рівноважної доменної структури в масивних антиферомагнетиках з достатньо сильною магнітопружною взаємодією. Модель засновано на припущенні про існування мікроскопічного параметра порядку тензорної природи — тензора мікронапруг, який виникає в процесі формування магнітного моменту внаслідок магнітопружних взаємодій. Урахування такого параметра необхідно для адекватного опису як макроскопічних внутрішніх напруг та відповідних їм спонтанних деформацій, так і мікроструктури кристала (наприклад, доменної структури). Мікронапруги, які виникають локально у кожній елементарній комірці, з формальної точки зору, еквівалентні пружним диполям та створюють далекосяжн і поля, внесок яких у вільну енергію кристала аналогічний до внеску магнітостатичної енергії в феромагнетиках та сприяє зменшенню макроскопічної деформації зразка за рахунок формування рівноважної доменної структури. Відповідний внесок названо нами «енергією роздеформування ». Показано, що врахування цієї енергії в антиферомагнітних кристалах дозволяє не тільки пояснити причини формування доменної структури, але й простежити її залежність від форми кристала та зовнішніх полів.

The origin of equilibrium domain structure in the bulk antiferromagnets with strong magnetoelastic coupling is analyzed. The developed model is based on the assumption that the description of macroscopic elastic stresses and strains that accompany the thermoelastic phase transition can be adequate only with the due account of microscopic tensor order parameter, namely, the microstress tensor. We assume that the microstress tensors arise locally at each crystallographic site along with the magnetic order parameter due to magnetoelastic coupling. Formally, these tensors are equivalent to the elastic dipoles and, like the magnetic dipoles in ferromagnets, produce long-range elastic fields whose contribution to the thermodynamic potential may be reduced by the formation of an equilibrium domain structure. In analogy with ferromagnets, the energy contribution which arises from the interaction between the elastic dipoles favors reduction of macroscopic deformation of the sample and may be called «destressing» energy. The due account of the «destressing» energy makes it possible to describe properly the formation of the domain structure in antiferromagnets and its dependence on the external field and the shape of the sample.