磁区について。

質問

強磁性体になぜ磁区が発生するのか？（なぜ磁区というものに細かく分かれているのか？）わかりません。どうか教えてください。

回答No.1

spinflip

電子スピン間の相互作用には、量子力学的な、
交換相互作用(強磁性的)と、双極子双極子相互作用(反強磁性的、
いわゆる、SとNが引き合うという話)の二つがあります。
(他にも、擬双極子、間接(RKKY)、超交換といろいろあります)。

前者は、近いスピンに対しては非常に強い(これが働くためには
波動関数が重なり合っていることが必要なため)ので、強磁性体では
まず、隣りのスピンは、強磁性的に配列します。

すると、双極子相互作用の方はエネルギーを損する(こちらは、
反強磁性的に結合したほうが得)のですが、
双極子双極子相互作用は弱いのため、近いスピン同士が強磁性に
結合している状態に対しては「我慢」してくれます。
しかし、双極子双極子相互作用は、遠くのスピンに対しても
働くため、全部のスピンが交換相互作用で強磁性的に結合してしまう
のを見過ごしません。エネルギーは「スピンの数×相互作用の強さ」
ですから、遠距離まで働く双極子双極子相互作用は、スピンの数が
増えると、トータルでは大きくなり、交換相互作用に打ち勝って
しまいます。

これに対し、交換相互作用は、相互作用の強さ自体は非常に強い
のですが、近場のスピンのみにしか効かないため、スピンの数が
少ないのです。

よって、近場(磁区の中)は交換相互作用で、強磁性的に結合し、
ある程度、広い範囲になると、双極子双極子相互作用が効いてきて、
スピンを反強磁性的に揃えるのです。

P.S.
保磁力(外から強い磁場をかけると、全ての磁区のスピンの方向は
揃い、磁場をゼロにしても「しばらくの間」は、そのまま揃って
います)が何に依存するのか、たとえば、ピン止め効果のような
ものが存在するのか、という話は、どなたかどうぞ。

お礼

詳しい説明ありがとうございます。スピンが影響していたなんで思いもよりませんでした。