Если парамагнетик был бы бесконечным, то все происходило бы так, как описано в предыдущем разделе: при понижении темпе­ратуры ниже точки Кюри тело приобрело бы (спонтанно!) маг­нитный момент, который возрастал бы с понижением температуры.

В действительности же, чтобы намагнитить парамагнетик, его обязательно нужно поместить во внешнее магнитное поле.

Если просто охлаждать парамагнетик, не помещая его во внеш­нее магнитное поле, он не намагнитится даже тогда, когда темпера­тура опустится ниже температуры Кюри 0_С. Во внешнем магнитном поле (при его увеличении) можно добиться полного намагничивания тела, магнитный момент которого станет равным VM, где М — спонтанный магнитный момент единицы объема, а V — объем тела. Кривая намагничивания (зависимость магнитного момента тела от магнитного поля) определяется формой образца и его состоянием: с примесями он или чистый, имеет внутренние напряжения или хорошо отожжен.

Причина этого явления заключается в следующем. В образцах конечных размеров граница намагниченного тела служит источ­ником (или стоком) магнитных силовых линий (они ведь не обры­ваются!). Поэтому вокруг магнита всегда имеется магнитное поле, сравнительно медленно спадающее с расстоянием. Магнитное пэле обладает энергией. И следовательно, энергия магнетика несколько больше, чем мы думали раньше: она включает в себя энергию магнит­ного поля, созданного магнитом. Всякое тело стремится понизить свою энергию, конечно, если есть для этого возможность. У магне­тика такая возможность есть.

Уже говорилось, что обменная энергия (главная причина намаг­ничивания) не зависит от того, куда направлен суммарный магнитный момент, а зависит только от взаимного расположения атомных магнитиков. Благодаря этому появляется возможность для уменьшения энергии магне­тика. Магнетик разбивается на области (домены). В каждой об­ласти магнитный момент одина­ков, но (в простейшем случае) в соседних областях магнитные моменты направлены в противо­положные стороны (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Ферромагнетик «разбит» на домены. Стрелка указывает направление магнитного момента в домене

Таким образом, для уменьшения энергии магнитного поля вы­годно разделение магнетика на возможно большее число областей — доменов. Но поскольку магнитные моменты на границе двух доме­нов (по обе стороны от нее) направлены в противоположные стороны, то существование границ между доменами невыгодно (можно пока­зать, что это увеличивает энергию). Поэтому для уменьшения об­менной энергии число границ, а значит и доменов, должно быть как можно меньше. Следовательно, одна энергия (обменная) уменьша­ется с увеличением числа доменов, другая (энергия магнитного поля вне тела) растет. Тогда при некотором числе доменов сумма обеих энергий минимальна. На такое число доменов и разбивается магнетик. Расчет показывает (он принадлежит Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшицу и выполнен в 1935 г.), что размеры домена растут пропорционально корню квадратному из размеров тела.

Существование доменов давно не является гипотезой. Они хо­роню изучены и теоретически и экспериментально. Есть много способов, позволяющих видеть домены.

Таким образом, появление доменов — вторичный эффект. Внут­ренние силы намагничивают образец, упорядочивают магнитные моменты атомов и молекул. Вокруг тела возникает магнитное поле. Это в свою очередь увеличивает энергию магнетика, а чтобы умень­шить ее, происходит расчленение тела на домены.

Магнитная структура реальных ферромагнетиков — вопрос ин­тересный и важный, но выходящий за рамки нашей задачи: понять микроскопическую природу магнетизма.

В дальнейшем мы будем считать, что исследуются свойства бес­конечного магнетика либо что мы находимся в пределах одного до­мена.