Bloch-Wände

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Was sind Bloch-Wände?

Bloch-Wände sind die Trennflächen zwischen sogenannten Weißschen Bezirken, die in Ferromagneten auftauchen. Eine Bloch-Wand ist somit die Grenze zwischen zwei Bereichen parallel ausgerichteter Elementarmagnete. Benannt sind die Bloch-Wände nach dem in der Schweiz geborenen Physiker Felix Bloch. Bloch-Wände sind energetische Barrieren mit einem Magnetfeld, welches stärker ist als in der Umgebung. Deshalb können die Bloch-Wände experimentell mit Hilfe feinster ferromagnetischer Partikel sichtbar gemacht werden.

Inhaltsverzeichnis

In ferromagnetischen Materialien sind die Elektronenspins in Gruppen parallel ausgerichtet. Die parallelen Gruppen, also die Bereiche, innerhalb derer die Spins parallel ausgerichtet sind, werden Weißsche Bezirke oder Domänen genannt. Die Bereichsgrenze zwischen diesen Weißschen Bezirken sind die sogenannten Bloch-Wände.

Durch ein äußeres Magnetfeld verschmelzen viele kleine Domänen (in einem unmagnetisierten ferromagnetischen Stoff sind die Domänen meist einige zehntel Millimeter groß) zu größeren Domänen und die Magnetisierung des Festkörpers wird nach außen hin messbar. Bei diesem Prozess verschieben sich die Bloch-Wände. Es kommt zu einer sprunghaften Änderung der Ausrichtung aller Elektronenspins in einem Weißschen Bezirk (Barkhausen-Sprung).

Eingezeichnete Trennlinien zwischen Weißschen Bezirken, sogenannte Bloch-Wände

Bloch-Wände sind Bereichsgrenzen zwischen Weißschen Bezirken. Hier treffen magnetische Flussdichten mit verschiedenen Richtungen aufeinander. Wird eine Lösung feinster ferromagnetischer Partikel (kolloidale Suspension ferromagnetischen Staubes) auf einen ebenfalls ferromagnetischen Festkörper gegeben, so sammeln sich die Partikel durch die magnetischen Kräfte entlang der Schnittlinie der Bloch-Wände mit der Außenfläche des Materials, die Kontakt zur Suspension hat, und bilden sogenannte "Bitter-Streifen", die unter dem Mikroskop direkt beobachtet werden können.

Bloch-Wände sind dabei keine real vorhandenen "Wände" innerhalb des Festkörpers. Stattdessen stellen sie eine energetische "Wand" dar. Sie grenzen zwei energetisch verschiedene Bereiche voneinander ab. Die Magnetfelder der in zwei Weißschen Bezirken unterschiedlich ausgerichteten Elektronenspins treffen hier aufeinander und bilden einen Bereich hoher magnetischer Flussdichte. Wenn eine reale Trennfläche des ferromagnetischen Materials, also eine Begrenzungsfläche des Festkörpers, eine solche Bloch-Wand schneidet, treten die Feldlinien entlang der Bloch-Wand aus dem Material aus.

Bloch-Wände sichtbar machen

Ein schönes Verfahren, die Bloch-Wände sichtbar zu machen, wurde von dem US-amerikanischen Physiker Francis Bitter entwickelt. Er hat einen ferromagnetischen Körper mit einer Suspension kolloidaler ferromagnetischer Teilchen überschichtet. Entlang der Bloch-Wände setzen sich dann die ferromagnetischen Teilchen aufgrund der hohen Magnetfeldstärke ab und bilden ein Abbild der Schnittlinie zwischen der Bloch-Wand und der Begrenzungsfläche des Festkörpers. Die entstehenden Streifen werden nach Francis Bitter auch Bitter-Streifen genannt.

Autor:
Dr. Franz-Josef Schmitt

Dr. Franz-Josef Schmitt ist Physiker und wissenschaftlicher Leiter des Fortgeschrittenenpraktikums Physik an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. Er war 2011–2019 an der Technischen Universität beschäftigt und leitete diverse Lehrprojekte und das Projektlabor Chemie. Sein Forschungsschwerpunkt ist zeitaufgelöste Fluoreszenzspektroskopie an biologisch aktiven Makromolekülen. Er ist ausserdem Geschäftsführer der Sensoik Technologies GmbH.

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