強磁性結晶が単磁区構造をとる理由

質問

強磁性結晶はある程度大きさがあれば、還流構造をとりますが、強磁性結晶の大きさがかなり小さくなると単磁区構造をとるそうなのですが、これは何故ですか？
単磁区構造だと静磁エネルギー大きくなってしまって、結晶全体のエネルギーが大きくなってしまうと思うのですが…
どなたか教えてください。よろしくお願いします。

回答No.1

kenojisan · ベストアンサー

詳細な定式は難しいので定性的に説明します。
　還流磁区構造で得をするのは反磁場エネルギーです。
単磁区構造だと磁区の終点に残る磁極をうち消せないために、磁区内の磁化と逆向きに発生する磁束（反磁場）との相互作用分だけエネルギーが上昇するのですが、還流磁区構造を取ることでこれを避けれるからです。
　一方、何もない均一な磁性体に磁区のような余計な構造を作る訳ですから、磁区生成にはエネルギーが必要になります。主な原因は、磁区の境界を成す磁壁の生成です。隣り合う磁壁の磁化を滑らかに接続するように、磁壁内では磁気モーメントが徐々に回転しています。磁気モーメントは平行配置の時が一番エネルギーが低いので、角度を持った配置を作るとその分エネルギーを必要とします。
　前者は磁区が細かいほどエネルギー利得は大きく、後者は磁区が小さいほど磁壁密度が高くなってエネルギー損失が大きくなります。この両効果の兼ね合いで、数十～数nm程度以下の粒子径では単磁区構造の方がエネルギーが低くなるわけです。磁性体の磁化が、特定の方向でエネルギーが低くなる効果（磁気異方性）が大きいときには、さらに大きい結晶サイズでも単磁区構造が安定になることがあります。

お礼

回答ありがとうございました。
＞数十～数nm程度以下の粒子径では単磁区構造の方がエネルギーが低くなるわけ
が分かりました。