Peculiarities of Magnetocaloric Effect in Ferromagnetic Cylindrical Nanowires with a Domain Wall

Abstract

Встановлено, що в слабкому магнітному полі, істотно меншому за 2πМ, де М – намагніченість феромагнітного циліндричного нанодроту, величина ентропії останнього, обумовлена тепловим рухом доменної стінки, яка міститься в ньому, зростає. Внаслідок цього факту, у вказаній вище системі має місце від’ємний магнетокалорічний ефект. Дане явище має нанорозмірну природу та зникає при переході до об’ємних матеріалів. Показано, що встановлений ефект узгоджується із фундаментальним принципом саморегулюючих термодинамічних систем Ле Шательє-Брауна. Отриманий результат являє значний інтерес в контексті розробки нових методів досягнення прецезійно точних температур на низьковимірних магнітних наноструктурах. В свою чергу, в сильних магнітних полях порядку магнітного поля, спричиненого рухом електронів всередині атомів (~ (1-10) kOe), відбувається позитивний магнетокалорічний ефект, тобто, має місце збільшення температури феромагнітного нанодроту із збільшенням амплітуди магнітного поля. Приведено оцінку для діаметру нанодроту, при якому поздовжня доменна стінки трансформується у доменну стінку у вигляді точки Блоха.

It is established that in a weak magnetic field significantly lower than 2πМ, where M is the magnetization of a ferromagnetic cylindrical nanowire, the entropy of the latter increases due to the thermal motion of the domain wall comprised in it. As a result, a negative magnetocaloric effect emerges in this system. This phenomenon has a nanoscale nature and disappears with moving to bulk materials. It is shown that the established effect is in accordance with the fundamental Le Chatelier-Brown principle for the selfregulating thermodynamic systems. The obtained result is of significant interest in the context of the development of new methods to achieve precise temperature values on the low dimensional magnetic nanostructures. In turn, in strong magnetic fields of the order of the magnetic field generated by the movement of electrons in atoms (~ (1-10) kOe) a positive magnetocaloric effect takes place, i.e. the temperature of the ferromagnetic nanowire increases with increasing amplitude of the magnetic field. For the diameter of the nanowire, an estimate is given at which the transition from the longitudinal domain wall to the domain wall in the form of a Bloch point occurs.