WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 1997, том 39, № 4 Характер зависимости скорости доменной стенки от продвигающего поля в пленках гранатов © В.А. Боков, В.В. Волков Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Поступила в редакцию 21 октября 1996 г. ) В феррит-гранатовой пленке системы (YSmCa)3(FeGe)5O12 с ориентацией типа (111) исследована зависимость скорости доменной стенки от амплитуды импульсов продвигающего магнитного поля. Полученные результаты проанализированы с точки зрения существующей теории. На зависимости наблюдался максимум, отвечающий срыву стационарного движения. После срыва скорость вначале резко уменьшается, а затем возрастает; предполагается, что на этом участке в стенке происходит процесс периодического возбуждения, смещения и аннигиляции горизонтальных линий Блоха. Для области насыщения скорости получены данные, подтверждающие предложенную ранее эмпирическую формулу и теоретическуя модель, согласно которой режиму насыщения отвечает состояние хаоса.

Динамика доменных границ в пленках феррит-грана- h = 5.1 µm, намагниченность насыщения 4M = 172 G, тов с перпендикулярной магнитной анизотропией иссле- константа одноосной анизотропии K = 6.6 · 103 erg/cm3, дуется давно, однако до сих пор нет полной ясности отно- константа неоднородного обменного взаимодействия сительно характера зависимости скорости V границы от A = 2.54 · 10-7 erg · cm-1, параметр ширины стенки амплитуды импульсов продвигающего магнитного поля Блоха =0.62 · 10-5 cm, эффективное значение гироHg. Так, в большинстве теоретических работ делается магнитного отношения = 1.75·107 Oe-1·s-1, параметр вывод о том, что срыву стационарного движения стенки диссипации Гильберта = 0.09, поле статического отвечает максимум Vm на зависимости V(Hg), однако коллапса цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) некоторые авторы существование максимума отрицают H0 = 76 Oe. Для того чтобы получить начальные (см., например, [1,2]). В то же время имеется лишь участки зависимости V (Hg), скорость определялась хонесколько экспериментальных работ [3–6], где в отсут- рошо известным методом динамического коллапса ЦМД.

ствие магнитного поля или анизотропии в плоскости Его надежность была показана в [11] путем сравнения пленки наблюдался максимум скорости. В большинстве с данными, полученными методом высокоскоростной работ его не наблюдали. После срыва стационарного фотографии. Измерения проводились при небольшом движения граница, согласно простой модели горизон- ( 4.5Oe) значении разности H между полем статиститальной линии Блоха (ГЛБ) [7], должна двигаться со ческого коллапса ЦМД и постоянным полем смещения.

скоростью насыщения Vs < Vm, которая не зависит от В исходном состоянии исследуемые ЦМД не содержали амплитуды импульсов поля. С другой стороны, данные, вертикальных линий Блоха. Начальный радиус доменов полученные в ряде работ путем численного анализа r = 3.1 µm, амплитуда импульсов Hg лежала в интервале уравнений движения стенки, указывают на более слож- до 65 Oe, фронт импульсов 2 ns.

ную зависимость V(Hg) [1,2,8–10]. Что же касается Полученная экспериментальная зависимость V(Hg) экспериментальных работ, то почти во всех случаях, представлена на рисунке. Видны максимум скорости с за исключением [3], за начальным участком возраста- Vm = 20 m · s-1, область за максимумом, в которой ния скорости сразу наблюдалась область насыщения. В скорость, изменяясь с полем, проходит через минимум и связи с такими расхождениями цель настоящей работы затем возрастает до скорости насыщения Vn = 25 m · s-1.

состояла в том, чтобы уточнить данные о характере Максимум получается сравнительно узким. Для того зависимости V(Hg) на разных ее участках и провести чтобы удостовериться в его наличии были проведены сопоставление с теорией. дополнительные эксперименты. Напомним, что в меКак известно, в пленках феррит-гранатов с малыми тоде динамического коллапса при каждом выбранном потерями предсказываемые теорией значения поля Hm, значении Hg определяется минимальная длительность отвечающего срыву стационарного движения, малы и импульса, при которой ЦМД коллапсирует. Расстояние сопоставимы с коэрцитивным полем, что делает не- r, которое проходит при этом стенка, есть разница возможным наблюдение особенностей на зависимости между исходным радиусом домена и его радиусом в моV(Hg) в малых полях. Поэтому для исследования был мент динамического коллапса и определяется из расчета.

выбран образец системы (YSmCa)3(FeGe)5O12, так как При изменениях r остается неизменным, и поэтому -введение ионов Sm3+ в структуру феррита-граната суще- V. Подтверждение существования максимума скоственно увеличивает параметр диссипации, что приводит рости было получено путем регистрации коллапса ЦМД к сравнительно небольшой подвижности стенки и к до- в зависимости от амплитуды импульса при неизменной статочно большим полям Hm. Пленка имела ориентацию его длительности. Длительность импульса устанавливатипа (111), а также следующие характеристики: толщина лась в интервале между значениями 1 и 2, например Характер зависимости скорости доменной стенки от продвигающего поля в пленках гранатов скоростью 13.5A Vs =. (1) hK1/Если же = 0, то вслед за максимумом скорость вначале резко уменьшается, а затем возрастает с полем Hg и описывается выражением V = V0 + µhHg, (2) причем подвижность µh при 1 намного меньше подвижности стенки в стационарной области [3,7]. Очевидно, что качественное сравнение данных измерений с теорией возможно, только если длительность импульсов поля Hg при коллапсе существенно превышает время T, за которое ГЛБ должна переместиться от одной поверхЗависимость скорости доменной стенки от амплитуды импульности пленки до другой. Величину T можно оценить сов магнитного поля. Справа представлены значения времени с помощью простой формулы T = /Hg, а время коллапса ЦМД.

зарождения ГЛБ составляет 0.2T [12]. Для нашей пленки с увеличением поля от 8 до 14 Oe в области за максимумом скорости длительность импульса умень3 (см. рисунок), и амплитуда увеличивалась от нуля.

шается от 150 до 90 ns. Для этого же интервала полей При таких условиях домены коллапсировали в интервале с учетом ”потенциала” ЦМД величина T изменяется от полей между Hg1 и Hg2, далее в интервале между Hg2 37 до 18 ns, и таким образом указанное выше условие и Hg3 коллапс не наблюдается и снова происходит при выполняется.

Hg > Hg3.

Из рисунка видно, что в области непосредственно за В связи с определением максимума скорости заметим максимумом Vm насыщение отсутствует, и, следовательтакже, что как известно, при радиальном сжатии домена но, здесь зависимость V(Hg) нельзя описать формулой действующее на стенку эффективное поле изменяет- (1). Что же касается формулы (2), то подвижность µh, ся со временем из-за существования так называемого если ее вычислить по соотношениям из [3,7], должна ”потенциала” ЦМД. Поэтому если зависимость V (Hg) была бы составить 0.65 m·s-1. В нашем же случае содержит максимум, то при измерении он будет зареги- скорость возрастает значительно сильнее. Полученная стрирован, но найденная скорость окажется несколько кривая имеет качественно такой же вид, что и в [8], меньше ”истинной”. Для нашей пленки эксперимен- где проводился численный анализ уравнений движения тальная величина Vm оказывается настолько меньше стенки для пленки с близкими параметрами. В [8] был предельной скорости Уокера одномерной модели [7] сделан вывод о периодическом характере преобразо2M = 93 m · s-1, что даже с учетом сделанного ваний структуры стенки с участием подвижных ГЛБ выше замечания можно утверждать, что срыв стацио- непосредственно после срыва стационарного движения, нарного движения стенки нельзя объяснить с помощью и можно считать, что наши данные это подтверждают.

одномерной модели Уокера (такая возможность допус- Общепризнано, что в полях, превышающих некоторое калась в [12]). К сожалению, сравнивать Vm на рисунке критическое, скорость доменной стенки не зависит от с предельной скоростью модели ГЛБ (она составляет Hg. В [13] было предложено эмпирическое выражение 24A/hK1/2 22 m·s-1) нельзя; последняя существенно для скорости в этой области зависит от отношения r/h, а при коллапсе радиус доVL = 0.4M. (3) мена непрерывно меняется. Все же отметим, что если не учитывать зависимость ”потенциала” ЦМД от его В [14] в результате измерений, выполненных на пленках радиуса и считать, что сжимающее домен эффективное с разными параметрами, было установлено, что скорость поле равно Hg-H, то с учетом теоретического значения насыщения связана с параметрами материала соотношеподвижности -1 = 12 m · s-1 · Oe-1 скорость Vm, нием наблюдаемая в поле Hg = Hm = 6.5 Oe, должна была бы Vn = M(1 + 6.9). (4) составить 24 m · s-1.

Теоретические подходы, базирующиеся на двумерной В [2] на основе численного анализа уравнений движения модели, приводят к заключению, что в некотором интер- доменной стенки был сделан вывод о том, что при вале продвигающих полей после срыва стационарного < 0.5 режиму насыщения отвечает состояние хаоса, движения структура стенки испытывает периодические и, по сути, была подтверждена формула (4). Попытки преобразования. В границе зарождаются, перемещаются объяснить явление насыщения предпринимались и во и аннигилируют ГЛБ, при этом, согласно модели ГЛБ [7], многих других работах как на основе аналитического если параметр = 0, то стенка двигается с постоянной подхода [15–17], так и на основе численного анализа Физика твердого тела, 1997, том 39, № 662 В.А. Боков, В.В. Волков Сведения об исследованных пленках Номер h, 4M, K,,, Vn, Vn, VL, Vs, Лит.

Система образца µm G 103erg·cm-3 10-5cm 107Oe-1 · s-1 m · s-1 m · s-1 m · s-1 m · s-1 ссылка 1 YSmCaGe 5.8 160 8.8 0.53 1.76 0.09 22 20 15 2 YSmGa 2.5 175 17 0.29 1.75 0.23 21 18 9 3 YSmCaGe 25 24 19 4 BiSmLu·CaSiAl 0.4 1200 95 0.16 1.76 0.12 60 50 34 46 [18] 5 BiLuGa — 270 29 0.3 1.76 0.04 15 14.5 14.3 — [19] 6 YLuBiGa — 322 31 0.27 1.8 0.01 12.5 12.4 15.6 — [20] 7 YSmBiGa 2 114 3 0.61 1.8 0.1 20 17 12.5 24 [21] Пр и м е ч а н и е. Vn — экспериментальное значение скорости насыщения, Vn —расчет по формуле (4), VL — расчет по формуле (3), Vs —расчет по формуле (1).

уравнений движения стенки [1,2,8–10]. Далее предста- В заключение укажем, что зависимость V(Hg) была влены новые данные по скорости насыщения и проведено получена нами тем же методом динамического коллапса сопоставление с теорией. и для имплантированного участка пленки YSmCaGe Для пленок систем YSmCaGe и YSmGa с достаточно №3 (см. таблицу). После имплантации, проводившейся большими параметрами диссипации методом дина- ионами He+ с энергией 100 keV и дозой 1014 cm-2, мического коллапса в интервале продвигающих полей все ЦМД в пленке находились в состоянии без верти20–70 Oe были определены скорости насыщения Vn. Их кальных линий Блоха. Экспериментальная кривая имела величины вместе с другими характеристиками пленок тот же вид, что и на рис. 1; скорость насыщения была приведены в таблице (образцы № 1 и 2). Образец № 3 — определена методом высокоскоростной фотографии при это пленка, на которой выполнены описанные выше радиальном расширении ЦМД и составила 26 m · s-1, измерения. После опубликования работы [14], где форчто почти равно скорости для неимплантированного мула (4) была получена и сопоставлена с имевшимися участка. Считается, что имплантация приповерхностного экспериментальными результатами, появился ряд новых слоя пленки приводит к изменению поля рассеяния, данных о скорости насыщения в пленках разного состава.

создаваемого поверхностными зарядами [8]. Видимо, Эти величины Vn, полученные в работах [18–21], также это изменение качественно не влияет на обсуждавшиеся представлены в таблице (образцы № 4–7); измерения выше преобразования структуры стенки с участием ГЛБ, были выполнены методом высокоскоростной фотограа в области насыщения нет и количественного влияния.

фии. В таблице приведены также скорости насыщения, Работа выполнена в рамках проекта 96-02-16890a Росполученные с помощью формул (1), (3) и (4). Как видно, сийского фонда фундаментальных исследований.

имеется очень хорошее согласие между измеренными скоростями и вычисленными по (4).

Используя эти данные, рассмотрим теперь результаты Список литературы работ [1,8,10,12]. В [1,8,10] путем численного анализа уравнений движения доменной границы были получены [1] J. Zebrowski, A. Sukiennicki. J. Appl. Phys. 52, 6, зависимости V(Hg) для пленок с конкретными параме(1981).

трами. Однако значения скорости насыщения при этом [2] Е.Е. Котова, В.М. Четвериков. ФТТ 32, 4, 1269 (1990).

оказались почти в 2 раза больше, чем вычисленные [3] A.P. Malozemoff. J. Appl. Phys. 44, 4, 5080 (1973).

для этих же пленок по (4). Это обстоятельство сви- [4] В.Г. Клепарский, В.В. Рандошкин. ФТТ 19, 11, 3250 (1977).

[5] S. Konishi, T.L. Hsu, B.R. Brown. J. Appl. Phys. 49, 3, детельствует против сделанных в [1,8,10] заключений о (1978).

механизмах преобразований структуры стенки в области [6] S. Konishi. In: Recent magnetics for electronics / Ed.

насыщения. В [12] был сделан вывод о том, что скорость Y. Sakurai. Amsterdam (1983). P. 289.

насыщения можно представить в виде суммы V1 + V2, [7] A.P. Malozemoff, J.C. Slonczewski. Magnetic domain walls in где V1 представляет собой вклад из-за периодического движения ГЛБ и описывается формулой (1), а V2 bubble materials. N. Y. (1979). P. 326.

[8] E. Fujita, H. Kawahara, S. Sakata, S. Konishi. IEEE Trans.

представляет собой вклад, обусловленный прецессией Magn. 20, 5, 1144 (1984).

магнитного момента вне ГЛБ и при больших h и 2 [9] S. Speidel, H. Yamakawa, S. Iwata, S. Uchiyama. IEEE Trans.

с точностью до числового коэффициента совпадающий Magn. 20, 5, 1147 (1984).

с (3). Такое заключение кажется сомнительным, по[10] R.A. Kosinski, J. Engemann. J. Magn. Magn. Mater. 50, 1, скольку, как отмечалось выше, периодические изменения (1985).

структуры стенки имеют место непосредственно после [11] В.А. Боков, В.В. Волков, С.К. Тихонов. ФТТ 26, 2, срыва стационарного движения и при этом скорость (1984).

изменяется с полем, а режиму насыщения отвечает [12] А.С. Жукарев, А.Н. Матвеев, Л.П. Осипова, Д.Г. Скачков.

состояние хаоса. ФММ 68, 3, 452 (1989).

Физика твердого тела, 1997, том 39, № Характер зависимости скорости доменной стенки от продвигающего поля в пленках гранатов [13] F.H. de Leeuw. IEEE Trans. Magn. 14, 5, 596 (1978).

[14] В.В. Волков, В.А. Боков, В.И. Карпович. ФТТ 24, 8, (1982).

[15] S. Honda, N. Fukuda, T. Kusuda. J. Appl. Phys. 51, 8, (1980).

[16] I. Pinter, L. Bodis, V.G. Kleparski. J. Appl. Phys. 57, 12, (1985).

[17] В.В. Дружинин, В.В. Мальцев. ФТТ 31, 7, 149 (1989).

[18] Л.П. Иванов, А.С. Логгинов, Г.А. Непокойчицкий, Ю.В. Старостин. ЖТФ 52, 10, 2118 (1982).

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.