Paredes de Dom´ınio - Dom´ınios e Paredes de Dom´ınios Magn´eticos

1.7 Dom´ınios e Paredes de Dom´ınios Magn´eticos

1.7.2 Paredes de Dom´ınio

As paredes de dom´ınio representam a zona de transi¸cão da magnetiza¸cão dos dom´ınios magnéticos. Na região da parede, a magnetiza¸cão sai do estado em que se encontra num dado dom´ınio e aproxima-se gradualmente da orienta¸cão da magnetiza¸cão do dom´ınio adjacente. As paredes de dom´ınio são primeiramente classificadas pelo ângulo formado entre os vetores que representam as magnetiza¸cões dos dom´ınios adjacentes [5]. Os caso mais comuns são os das paredes de dom´ınio de 180◦_{, cujas magnetiza¸cão dos dom´ınios adjacentes são opos-}

tas e as paredes de 90◦_{, cujas magnetiza¸c˜ao dos dom´ınios adjacentes s˜ao perpendiculares,}

representadas respectivamente na Figura 2.3.

Figura 1.23: Classifica¸cão das paredes de dom´ınio com rela¸cão ao ângulo de orienta¸cão entre a magnetiza¸cão dos dom´ınios adjacentes. a) Paredes de dom´ınio de 180◦ _{e b) Paredes de}

dom´ınio de 90◦ _[12].

As paredes de dom´ınios magnéticos, além de serem classificadas com rela¸cão ao ângulo de orienta¸cão das magnetiza¸cão de dom´ınios adjacentes, também podem ser classificadas com rela¸cão ao padrão de rota¸cão dos dom´ınios magnéticos dentro da parede de dom´ınio. Dentro deste contexto, temos dois tipos de classifica¸cão: as paredes de Bloch e as paredes de Néel.

As paredes de Bloch [2][5] correspondem as paredes cujo padrão de rota¸cão dos momentos magnéticos ocorre fora do plano dos dom´ınios magnéticos adjacentes. Já as paredes de Néel [18] correspondem as paredes cujo padrão de rota¸cão dos momentos magnéticos ocorre no mesmo plano dos dom´ınios magnéticos adjacentes. As figuras 1.24 1.25 mostram o compor- tamento destes dois tipos de paredes.

O movimento das paredes de dom´ınios se dá através do processo de minimiza¸cão da energia livre magnética sobre a parede. A energia da parede de dom´ınio está associada a soma das energias de troca e de anisotropias de tal forma que a configura¸cão da parede seja um m´ınimo. O interessante é que a mudan¸ca na parede de dom´ınio nem pode ser abruta demais ou suave demais, pois se a mudan¸ca da orienta¸cão dos dom´ınios fosse abruta, a densidade de energia de troca seria máxima e a densidade de energia de anisotropia seria m´ınima. Já no caso da mudan¸ca na orienta¸cão fosse muito suave, a densidade de energia de troca seria m´ınima e

Figura 1.24: Representa¸cão da estrutura interna da parede de Bloch, onde o padrão de rota¸cão dos dom´ınios magnéticos ocorre para fora do plano dos dom´ınios adjacentes [19].

Figura 1.25: Representa¸cão da estrutura interna da parede de Néel, onde o padrão de rota¸cão dos dom´ınios magnéticos ocorre dentro do plano dos dom´ınios adjacentes [19].

a densidade de energia de anisotropia seria máxima. Nenhum destes dois casos representa uma situa¸cão de equ´ılibrio. Por isso, a espessura da parede de dom´ınio é tal que o balan¸co energético é favorável a estabilidade do sistema. E por fim a estabilidade é obtida quando o estado de energia sobre uma parede de dom´ınio é m´ınimo.

Cap´ıtulo 2

Modelo Te´orico para a Magnetiza¸c˜ao

e o Processo de Minimiza¸c˜ao da

Energia

A partir de agora será analisado como se dá o processo de magnetiza¸cão através da minimiza¸cão da energia livre magnética. Para isto, será usado métodos anal´ıtico e numérico de minimaza¸cão de energia afim de construir as curvas de histerese para materiais que pos- suam anisotropias magnetocristalinas cúbicas do tipo (100), (110) e uniaxial, no intuito de se testar o método.

2.1 Processo de Magnetiza¸c˜ao

Antes de descrever o método de calcular as curvas de histerese, se faz necessário entender o processo de magnetiza¸cão, para poder construir um método que solucione o problema.

O processo de magnetiza¸cão de um material ferromagnético consiste na evolu¸cão da magnetiza¸cão quando este é submetido a presen¸ca de um campo magnético externo. Os dom´ınios magnéticos e as paredes de dom´ınios se rearranjam à medida que o campo tem seu valor mu- dado gradualmente. A cada novo valor, o sistema tende a estar em um estado de equil´ıbrio, que é identificado justamente quando se obtém a minimiza¸cão da energia [24][9].

Já foi visto, um material ferromagnético, abaixo da sua temperatura de Curie mesmo apa- rentemente desmagnetizado, apresenta uma estrutura de dom´ınios. Inicialmente é aplicado um campo magnético externo sobre o material cuja magnetiza¸cão inicial é nula. Assim, à medida que é aumentado o valor do campo, alguns dom´ınios come¸cam a rotacionar na dire¸cão do campo, devido à energia Zeeman. Com isso, a magnetiza¸cão sai do zero e passa aumentar junto com o campo até todos os dom´ınios estarem alinhados. A este estado de magnetiza¸cão se denomina de satura¸cão magnética. Após o material estar saturado diminui-se o valor do campo magnético externo e com isso os dom´ınios come¸cam a se desordenar. Porém, quando

o campo magnético é nulo, os dom´ınios ainda estão parcialmente alinhados de tal forma que há uma magnetiza¸cão, mesmo não havendo valor de campo. O ponto que em que a curva toca o eixo das ordenadas é conhecido como magnetiza¸cão remanente. Quando se passa a inverter o sentido do campo, a magnetiza¸cão de cada dom´ınio se desalinham até um ponto em que a magnetiza¸cão total se torna nula mesmo na presen¸ca de um campo externo. A este ponto onde a curva toca o eixo das abscissas, o campo é chamado de campo coercivo. Então a coercividade de um material representa a situa¸cão em que um campo aplicado anula a magnetiza¸cão deste, mesmo depois de magnetizado. À medida que o campo tem seu valor aumentado no sentido oposto, os dom´ınios iram se alinhado até a magnetiza¸cão do material saturar no sentido em que o campo se encontra. Quando o valor do campo é diminu´ıdo até inverter seu sentido, a magnetiza¸cão segue por outro caminho, mas simétrico à curva anterior até saturar novamente. A esta curva se dá o nome de histerese e ela representa um fenômeno termodinâmico irrevers´ıvel [9][11][21][24]. A Figura 2.1 representa a curva de histerese de um material ferromagnético na presen¸ca de campo e com estrutura de dom´ınios esquematizandos para representar os respectivos estados dos pontos acima descritos.

Figura 2.1: O esquema acima mostra como a magnetiza¸cão de um material magnético varia em fun¸cão da intensidade do campo ferromagnético aplicado sobre ele [20].

Histerese é uma palavra grega que significa “to lag behind”, ou seja, aquilo que é deixado para trás. No caso da curva da Figura 2.1, quando o campo é aplicado na situa¸cão em que o material se encontra desmagnetizado até a satura¸cão e volta nos mesmos valores de campo até zero, o material não segue o mesmo caminho. Além do mais, este permanece magnetizado quando o campo passa a ser nulo novamente, ou seja, houve uma energia perdida neste processo. Toda a energia que se perde em todo o processo na forma de calor é numericamente igual à área dentro da curva M versus H, o que caracteriza este como um processo irrevers´ıvel [21]. Hoje a histerese é uma palavra que está ligada a qualquer processo que tem uma perda de energia ou irreversibilidade no ciclo. No caso acima, se tem o caso de uma histerese magnética.

A largura da curva de histerese na Figura 2.2 representa a coercividade do material. ela pode ser larga, o que caracteriza um material duro, ou seja, é necessário valores alto de campo magnético para poder saturar o material, já quando essa abertura é mais estreita, o material é dito macio, devido a sua satura¸cão ser atingida para valores bem menores de campo, ou seja, um material dito duro tem um campo coercivo relativamente alto, já um material é dito macio se este tem um campo coercivo relativamente baixo [24].

Figura 2.2: Curvas de histereses magnéticas t´ıpicas: a) de um material magnético duro e b) de um material magnético macio.

No documento Efeito nernst anômalo em Materiais com anisotropia magnetocristalina (110) (páginas 46-50)