Mur de domaine

En physique et en cosmologie, un mur de domaine représente une interface virtuelle, dont la caractérisation précise dépend du contexte. Ce sont des solitons topologiques, qui apparaissent quand une symétrie discrète est brisée.

Magnétisme

En magnétisme, on utilise le terme pour décrire l'interface entre deux domaines magnétiques (ou domaines de Weiss). Le mur de domaine marque le passage d'une zone de moment magnétique à une autre. Ce n'est pas pour tout autant toujours une variation brusque : le changement peut se faire graduellement, sur une distance finie.

L'énergie d'un mur de domaine est identique à la différence entre les moments magnétiques avant et après sa création, et exprimée sous la forme d'une énergie surfacique.

La largeur du mur de domaine dépend des deux énergies opposées qui le créent : l'énergie due à l'anisotropie magnéto-cristalline et l'énergie d'échange - les deux tendant vers un minimum pour être dans un état énergétique plus favorable. L'énergie d'anisotropie est minimale quand les moments magnétiques individuels sont alignés parallèlement à la structure du cristal, diminuant ainsi la largeur du mur de domaine. L'énergie d'échange par contre diminue quand les moments magnétiques sont alignés entre eux, ce qui a pour effet d'élargir le mur de domaine à cause des répulsions. L'équilibre final est intermédiaire et la largeur du mur de domaine est ainsi fixée.

Un mur de domaine parfait serait complètement indépendant de sa position, mais en réalité ils sont affectés par les sites d'inclusion du milieu (les défauts cristallins). Ces sites comprennent les atomes manquants ou étrangers, les oxydes, isolants et les zones de contrainte. Ces sites limitent la formation de murs de domaine, et leur propagation dans le milieu. Il faut par conséquent appliquer un champ magnétique plus intense qu'en théorie, pour compenser ces effets.

Cosmologie et théorie des cordes

En cosmologie, les murs de domaines sont des défauts topologiques liés à une transition de phase. Aucun n'a à ce jour été observé, et une telle observation se révèlerait déterminante dans les théories cosmologiques modernes.

Dans la théorie des cordes, un mur de domaine est une singularité gravitationnelle bidimensionnelle. Un tel mur est censé représenter un objet de codimension 1, inclus dans l'espace.

Étendu à la cosmologie branaire, ce concept s'applique par exemple aux D8-branes. Dans la théorie M, l'existence de murs de domaine de Horava-Witten, «bouts du monde», suivant la théorie de jauge E8, est importante dans l'étude des relations entre la théorie des supercordes et la théorie M.

Si les murs de domaine existent, ils devraient probablement émettre violemment des ondes gravitationnelles lors d'une collision. Le LIGO et les futurs observatoires de son genre devront s'attacher à détecter de tels phénomènes. Cependant, l'étude des pics Doppler semble révéler que des murs de domaine, même génèrés à 100 GeV - comme la transition électro-faible - n'existent pas à l'heure actuelle. ^[1] Les théories cosmologiques proposant la formation de telles structures semblent par conséquent n'être pas réalistes.

Références

1. ↑ (fr) Structure interne et observabilité des défauts topologiques étendus.

• (en) D^r Kip Thorne, ITP & CalTech, «Spacetime Warps and the Quantum : A Glimpse of the Future. » Diapositives et sons.

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu d'une traduction de l'article de Wikipédia en anglais intitulé «Domain wall».

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