Bloch-Wand: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 28. Dezember 2020, 15:30 Uhr

Bloch-Wand: Magnetisierungsübergang B zwischen zwei entgegengesetzt magnetisierten Weißschen Bezirken A und C
(Die Länge der eingezeichneten Vektorpfeile soll konstant sein.)

Bloch-Wand b)
im Vergleich zur Néel-Wand a)
(Darstellung gegenüber der ersten Abb. um 90° gegen den Uhrzeigersinn gedreht)

Als Bloch-Wand oder blochsche Wand (nach dem schweizerisch-amerikanischen Physiker Felix Bloch) bezeichnet man in ferromagnetischem Material einen Übergangsbereich zwischen den Weiss-Bezirken unterhalb der Curie-Temperatur, in dem sich die Orientierung der magnetischen Momente so ändert, dass sie mit zunehmendem Abstand (~ x) zum Weiss-Bezirk mehr und mehr in der Wandebene verdreht sind; dadurch weisen sie genau in der Mitte zwischen den Weiss-Bezirken nicht in die gleiche Richtung wie in den Weiss-Bezirken (also z. B. in die +y- bzw. -y-Richtung), sondern in die Vertikalrichtung (~ z).

Erfolgt der Übergang hingegen so, dass die magnetischen Momente auch im Übergangsbereich in der Horizontalebene verbleiben, also in der x-y-Ebene, so spricht man von einer Néel-Wand. Diese kommt, wie dem unten angegebenen Kompendium von A. Hubert und R. Schäfer entnommen werden kann, seltener vor als die Bloch-Wand, außer in dünnen Schichten und speziellen Situationen.

Beschreibung

In der ersten Graphik stellt die (nicht eingezeichnete) zentrale Vertikalebene durch B die eigentliche Ebene der Bloch-Wand dar. Die Magnetisierung ist hier nach oben gerichtet (M ~ z), während sie in den Gebieten A bzw. C gleichförmig nach rechts bzw. links zeigt (M ~ +y bzw. ~ -y). Die eigentliche Blochwand ist nur „ungefähr“ definiert; z. B. kann man dazu das gesamte Zwischengebiet B zählen, mit Ausnahme ganz schmaler Streifen an den beiden eingezeichneten Grenzlinien, wo die Winkelabweichung vom Grenzwert einen sehr kleinen, aber endlichen Wert unterschreitet.

Stoßen zwei Weiss-Bezirke mit unterschiedlicher – meist entgegengesetzter – Magnetisierungsrichtung aneinander, so ändert sich diese Richtung in den Bloch-Wänden fließend. Der Grund für den allmählichen Übergang liegt im energetischen Kompromiss zwischen

der kurzreichweitigen Austauschenergie, die innerhalb eines Weiss-Bezirks die Spins parallel ausrichtet, und
der langreichweitigen Dipol-Dipol-Wechselwirkung, die die Spins antiparallel auszurichten versucht.

Die Magnetisierung bleibt dabei – im Gegensatz zur Néel-Wand – immer parallel zur Wandebene, d. h., die Magnetisierung dreht sich helikal. Dadurch zeigt die Magnetisierung der Bloch-Wand an der Materialoberfläche aus der Ebene heraus, und es entsteht ein magnetisches Streufeld, das z. B. über die bitterschen Streifen detektiert werden kann.

Die Größe der Weiss-Bezirke (Domänen) liegt meist unter 100 µm, und die Dicke der Bloch-Wände beträgt meist einige hundert Atomabstände.^[1] Die Bloch-Wände wären unendlich dick, wäre nicht die Energie der magnetischen Anisotropie, zu deren Quadratwurzel die Dicke der Bloch-Wände umgekehrt proportional ist:

d_{BW}\sim {\frac {1}{\sqrt {E_{A}}}}

Die Anisotropieenergie trägt bei, weil die Spins innerhalb der Bloch-Wand zum Großteil in schwere Magnetisierungsrichtungen weisen.

Bloch-Wände werden von Gitterfehlern, Korngrenzen, Einschlüssen oder inneren Spannungen am Ort gehalten. Ein hartmagnetischer Stoff hat viele Gitterfehler und behindert so die Bewegung der Bloch-Wände stark. Durch Anlegen eines äußeren Magnetfelds ändert sich die Position der Bloch-Wände sprunghaft – dies nennt man Barkhausen-Sprünge.

Verallgemeinerungen

Analog spricht man von Bloch-Linien bzw. Bloch-Punkten, wenn von einer Linie bzw. von einem Punkt ausgehend die Magnetisierung in topologisch nichttrivialer Weise von der Richtung abhängt.^[2] Andere topologische Verallgemeinerung werden als Skyrmionen bezeichnet.

Literatur

Hans Fischer: Werkstoffe in der Elektrotechnik. 2. Auflage, Carl Hanser Verlag, München Wien, 1982 ISBN 3-446-13553-7.
Horst Stöcker: Taschenbuch der Physik. 4. Auflage, Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-8171-1628-4.
Alex Hubert und Rudolf Schäfer: Magnetic Domains, Berlin, Springer 2000, ISBN 3-540-64108-4 (sehr umfangreiches Kompendium)

Einzelnachweise

↑ Wolfgang Bergmann: Werkstofftechnik 2: Werkstoffherstellung - Werkstoffverarbeitung - Werkstoffanwendung. 3. Auflage. Carl Hanser Verlag, München/Wien 2002, S. 573 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
↑ W. Döring: Point Singularities in Micromagnetism@1@2Vorlage:Toter Link/jap.aip.org (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven)Vorlage:Toter Link/archivebot , J. Appl. Phys. 39, 1006 (1968)

en:Domain wall (magnetism)#Bloch wall

[1] Wolfgang Bergmann: Werkstofftechnik 2: Werkstoffherstellung - Werkstoffverarbeitung - Werkstoffanwendung. 3. Auflage. Carl Hanser Verlag, München/Wien 2002, S. 573 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

[2] W. Döring: Point Singularities in Micromagnetism@1@2Vorlage:Toter Link/jap.aip.org (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven)Vorlage:Toter Link/archivebot , J. Appl. Phys. 39, 1006 (1968)

[1]

[2]

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-[[Image:Domain wall vectors.svg|mini|Magnetisierungsübergang (B)  zwischen zwei entgegengesetzt magnetisierten [[Weißscher Bezirk|Weißschen Bezirken]] (A) und (C) <br><br> <small>(Dargestellt ist eine sog. '' '''Bloch-Wand''' ''. Bei der ''[[Néel-Wand]]'' hätte man dagegen in  B einen Verlauf, der ganz in der durch A und die Trennlinie zu B definierten Ebene verbliebe.  Die Länge  der eingezeichneten Vektorpfeile soll konstant sein.)</small>]]
+[[Datei:Domain wall vectors.svg|mini|200px|Bloch-Wand: Magnetisierungsübergang&nbsp;B zwischen zwei entgegengesetzt magnetisierten [[Weißscher Bezirk|Weißschen Bezirken]]&nbsp;A und&nbsp;C<br>(Die Länge der eingezeichneten Vektorpfeile soll konstant sein.)]]
+[[Datei:DWconfiguration.png|mini|300px|Bloch-Wand&nbsp;b)<br>im Vergleich zur Néel-Wand&nbsp;a)<br />(Darstellung gegenüber der ersten Abb. um&nbsp;90° gegen den Uhrzeigersinn gedreht)]]
-Als '''Bloch-Wand''' oder '''blochsche Wand''' (nach dem schweizerisch-amerikanischen Physiker [[Felix Bloch]]) bezeichnet man in [[ferromagnetisch]]em  Material einen Übergangsbereich zwischen den [[Weiss-Bezirk]]en unterhalb der [[Curie-Temperatur]], in dem sich die Orientierung der magnetischen Momente dergestalt ändert, dass sie mit zunehmendem Abstand (~&nbsp;x) zum Weiss-Bezirk mehr und mehr in der Wandebene verdreht sind, sodass sie genau in der Mitte zwischen den Weiss-Bezirken nicht in die gleiche Richtung wie in den Weiss-Bezirken weisen (also zum Beispiel in die y- bzw. -y-Richtung), sondern in die Vertikalrichtung (~&nbsp;z).
+Als '''Bloch-Wand''' oder '''blochsche Wand''' (nach dem schweizerisch-amerikanischen Physiker [[Felix Bloch]]) bezeichnet man in [[ferromagnetisch]]em Material einen Übergangsbereich zwischen den [[Weiss-Bezirk]]en unterhalb der [[Curie-Temperatur]], in dem sich die Orientierung der [[magnetisches Moment|magnetischen Momente]] so ändert, dass sie mit zunehmendem Abstand&nbsp;(~&nbsp;x) zum Weiss-Bezirk mehr und mehr in der Wandebene verdreht sind; dadurch weisen sie genau in der Mitte zwischen den Weiss-Bezirken nicht in die gleiche Richtung wie in den Weiss-Bezirken (also z.&nbsp;B. in die&nbsp;+y- bzw.&nbsp;-y-Richtung), sondern in die Vertikalrichtung&nbsp;(~&nbsp;z).
-In der nebenstehenden Graphik stellt die (nicht eingezeichnete) zentrale Vertikalebene durch B die eigentliche Bloch-Wandebene dar.  Die Magnetisierung ist hier ''nach oben''  gerichtet (M&nbsp;~&nbsp;z), während sie in den Gebieten A bzw. C gleichförmig ''nach rechts'' bzw. ''links'' zeigt (M&nbsp;~&nbsp;+y bzw. ~&nbsp;-y). Die eigentliche Blochwand ist nur „ungefähr“ definiert; z.&nbsp;B. kann man dazu das gesamte Zwischengebiet bzgl. B zählen, mit Ausnahme ganz schmaler Streifen  an den beiden eingezeichneten Grenzlinien, wo die Winkelabweichung vom Grenzwert einen sehr kleinen, aber endlichen Wert unterschreitet.
+Erfolgt der Übergang hingegen so, dass die magnetischen Momente auch im Übergangsbereich in der Horizontalebene verbleiben, also in der x-y-Ebene, so spricht man von einer [[Néel-Wand]]. Diese kommt, wie dem unten angegebenen Kompendium von A.&nbsp;Hubert und R.&nbsp;Schäfer entnommen werden kann, seltener vor als die Bloch-Wand, außer in [[dünne Schicht|dünnen Schichten]] und speziellen Situationen.
-Erfolgt der Übergang hingegen so, dass die magnetischen Momente auch im Übergangsbereich  in der Horizontalebene verbleiben, also in der x-y-Ebene, so spricht man von einer [[Néel-Wand]]. Diese kommt, wie dem  unten angegebenen Kompendium von A. Hubert und R. Schäfer entnommen werden kann, seltener vor als die Bloch-Wand, außer in dünnen Schichten und in speziellen Situationen.
+== Beschreibung ==
+In der ersten Graphik stellt die (nicht eingezeichnete) zentrale Vertikalebene durch&nbsp;B die eigentliche Ebene der Bloch-Wand dar. Die [[Magnetisierung]] ist hier ''nach oben'' gerichtet&nbsp;(M&nbsp;~&nbsp;z), während sie in den Gebieten&nbsp;A bzw.&nbsp;C gleichförmig ''nach rechts'' bzw. ''links'' zeigt (M&nbsp;~&nbsp;+y bzw. ~&nbsp;-y). Die eigentliche Blochwand ist nur „ungefähr“ definiert; z.&nbsp;B. kann man dazu das gesamte Zwischengebiet&nbsp;B zählen, mit Ausnahme ganz schmaler Streifen an den beiden eingezeichneten Grenzlinien, wo die Winkelabweichung vom Grenzwert einen sehr kleinen, aber endlichen Wert unterschreitet.
+Stoßen zwei Weiss-Bezirke mit unterschiedlicher – meist entgegengesetzter – Magnetisierungsrichtung aneinander, so ändert sich diese Richtung in den Bloch-Wänden fließend. Der Grund für den allmählichen Übergang liegt im energetischen Kompromiss zwischen
+* der kurzreichweitigen Austauschenergie, die innerhalb eines Weiss-Bezirks die [[Spin]]s parallel ausrichtet, und
+* der langreichweitigen [[Dipol-Dipol-Wechselwirkung]], die die Spins antiparallel auszurichten versucht.
+Die Magnetisierung bleibt dabei – im Gegensatz zur Néel-Wand – immer parallel zur Wandebene, d.&nbsp;h., die Magnetisierung dreht sich [[Helix|helikal]]. Dadurch zeigt die Magnetisierung der Bloch-Wand an der Materialoberfläche aus der Ebene heraus, und es entsteht ein magnetisches Streufeld, das z.&nbsp;B. über die [[Bittersche Streifen|bitterschen Streifen]] detektiert werden kann.
+Die Größe der Weiss-Bezirke (Domänen) liegt meist unter 100&nbsp;µm, und die Dicke der Bloch-Wände beträgt meist einige hundert&nbsp;[[Atomabstand|Atomabstände]].<ref>{{Literatur | Autor=Wolfgang Bergmann | Titel=Werkstofftechnik 2: Werkstoffherstellung - Werkstoffverarbeitung - Werkstoffanwendung  | Verlag=Carl Hanser Verlag | Auflage=3 | Ort=München/Wien | Jahr=2002 | Seiten=573 | Online = {{Google Buch|BuchID=HJtJvi1aUfgC|Seite=573}}}}</ref> Die Bloch-Wände wären unendlich dick, wäre nicht die Energie der [[Magnetische Anisotropie|magnetischen Anisotropie]], zu deren Quadratwurzel die Dicke der Bloch-Wände umgekehrt proportional ist:
-== Beschreibung ==
+:<math>d_{BW} \sim \frac 1 \sqrt{E_A}</math>
-Stoßen zwei Weiss-Bezirke mit unterschiedlicher – meist entgegengesetzter – [[Magnetisierung]]srichtung aneinander, so ändert sich diese Richtung in den Bloch-Wänden fließend. Der Grund für den allmählichen Übergang liegt im energetischen Kompromiss zwischen der kurzreichweitigen Austauschenergie, die innerhalb eines Weiss-Bezirks die [[Spin]]s parallel ausrichtet, und der langreichweitigen [[Dipol-Dipol-Wechselwirkung]], die die Spins antiparallel auszurichten versucht. Die Magnetisierung ist dabei immer parallel zur Wandebene, d.&nbsp;h., die Magnetisierung dreht sich [[Helix|helikal]]. Dadurch zeigt die Magnetisierung an der Materialoberfläche aus der Ebene heraus, und es entsteht ein magnetisches Streufeld, das z.&nbsp;B. über die [[Bittersche Streifen|bitterschen Streifen]] detektiert werden kann.
-Die Größe der Weiss-Bezirke (Domänen) liegt meist unter 100&nbsp;µm, und die Dicke der Bloch-Wände beträgt meist einige hundert&nbsp;[[Atomabstand|Atomabstände]].<ref>{{Literatur | Autor=Wolfgang Bergmann | Titel=Werkstofftechnik 2: Werkstoffherstellung - Werkstoffverarbeitung - Werkstoffanwendung  | Verlag=Carl Hanser Verlag | Auflage=3 | Ort=München/Wien | Jahr=2002 | Seiten=573 | Online = {{Google Buch|BuchID=HJtJvi1aUfgC|Seite=573}}}}</ref> Die Bloch-Wände würden unendlich dick sein, wäre nicht die [[Magnetische Anisotropie|Anisotropie]]<nowiki />energie, zu der ihre Dicke umgekehrt proportional ist (genauer: zu ihrer Quadratwurzel). Die Anisotropieenergie trägt bei, weil die Spins innerhalb der Bloch-Wand zum Großteil in sog. schwere Magnetisierungsrichtungen weisen.
+Die Anisotropieenergie trägt bei, weil die Spins innerhalb der Bloch-Wand zum Großteil in schwere Magnetisierungsrichtungen weisen.
-Bloch-Wände werden von [[Gitterfehler]]n, [[Korngrenze]]n, Einschlüssen oder inneren [[Spannung (Mechanik)|Spannungen]] am Ort gehalten. Ein [[hartmagnetischer Stoff]] hat viele Gitterfehler und behindert so die Bewegung der Bloch-Wände stark. Durch Anlegen eines äußeren Magnetfelds ändert sich die Position der Bloch-Wände sprunghaft – dies nennt man [[Magnetischer Barkhausen-Effekt|Barkhausen-Sprünge]]
+Bloch-Wände werden von [[Gitterfehler]]n, [[Korngrenze]]n, [[Inklusion (Mineralogie)|Einschlüssen]] oder inneren [[Spannung (Mechanik)|Spannungen]] am Ort gehalten. Ein [[hartmagnetischer Stoff]] hat viele Gitterfehler und behindert so die Bewegung der Bloch-Wände stark. Durch Anlegen eines äußeren Magnetfelds ändert sich die Position der Bloch-Wände sprunghaft – dies nennt man [[Magnetischer Barkhausen-Effekt|Barkhausen-Sprünge]].
-==Verallgemeinerungen==
+== Verallgemeinerungen ==
-Analog spricht man  von Bloch-Linien  bzw. Bloch-Punkten, wenn von einer Linie bzw. von einem Punkt ausgehend die Magnetisierung in [[Topologie|topologisch]] nichttrivialer Weise von der Richtung abhängt.<ref>W. Döring:  [http://jap.aip.org/resource/1/japiau/v39/i2/p1006_s1 ''Point Singularities in Micromagnetism''], J. Appl. Phys. 39, 1006 (1968)</ref> Andere topologische Verallgemeinerung werden als [[Skyrmion]]en bezeichnet.
+Analog spricht man von Bloch-Linien bzw. Bloch-Punkten, wenn von einer Linie bzw. von einem Punkt ausgehend die Magnetisierung in [[Topologie|topologisch]] nichttrivialer Weise von der Richtung abhängt.<ref>W. Döring:  [http://jap.aip.org/resource/1/japiau/v39/i2/p1006_s1 ''Point Singularities in Micromagnetism'']{{Toter Link|date=2018-04 |archivebot=2018-04-01 21:46:06 InternetArchiveBot |url=http://jap.aip.org/resource/1/japiau/v39/i2/p1006_s1 }}, J. Appl. Phys. 39, 1006 (1968)</ref> Andere topologische Verallgemeinerung werden als [[Skyrmion]]en bezeichnet.
 == Literatur ==