WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 6 Формирование и эволюция гигантских динамических доменов в гармоническом магнитном поле © М.В. Логунов, М.В. Герасимов Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, 430000 Саранск, Россия E-mail: logunov@mrsu.ru (Поступила в Редакцию 17 июля 2002 г.) Стробоскопическим методом исследованы процессы перемагничивания пленок ферритов-гранатов в гармоническом магнитном поле, приводящие к формированию метастабильных динамических доменов с размерами, на порядок и более превышающими размеры квазистатических доменов. Формирование гигантских динамических доменов (ГДД) связано с конечной скоростью движения доменных границ и зависит от плотности центров зарождения доменов. Показано, что образование гребенчатой границы ГДД имеет место в течение части периода поля вблизи момента времени смены полярности поля. Области формирования ГДД соответствует переход формы динамической петли гистерезиса от треугольной к эллиптической.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 98-02-03325).

При перемагничивании пленок ферритов-гранатов в частоты поля максимальные размеры ГДД уменьшаютгармоническом магнитном поле звуковых и ультразву- ся [1]. ГДД существуют только в динамических условиях ковых частот динамические доменные структуры, воз- и при выключении гармонического поля трансформиникающие в процессе перемагничивания, отличаются руются в сеть лабиринтных доменов с обычными для большим разнообразием: на фазовой диаграмме динами- равновесных доменов размерами.

ческих систем магнитных доменов [1] выделяется более Сложный характер фазовых диаграмм динамических десяти областей, соответствующих различным видам доменов и многообразие возникающих динамических доменных структур. В целом их можно разделить на доменных структур являются причиной того, что многое две группы. К первой относятся динамические доменные в природе наблюдаемых явлений остается невыясненструктуры, имеющие примерно те же размеры доме- ным. Из-за ограничений экспериментальной методики нов, что и квазистатические полосовые, гантелевидные, опубликованные фотографии ГДД представляют собой цилиндрические магнитные домены (ЦМД) при соот- усредненные изображения доменов за десятки периодов ветствующих величинах действующих магнитных полей.

магнитного поля; остается открытым вопрос о взаимоОт квазистатических доменов они отличаются возниксвязи условий образования ГДД и параметров образцов.

новением нового порядка в расположении доменов — В настоящей работе с целью выяснения механизмов формированием спиральных, кольцевых доменов [1–5], формирования и эволюции ГДД изучение таких доменов двумерных решеток доменов [6–8]. Такие структуры, проведено стробоскопическим методом со временем как правило, являются рефлексивными, полностью или экспозиции доменных структур, не менее чем на порядок частично сохраняя свои свойства при выключении пеменьшим периода поля, и с одновременной регистрацией ременного магнитного поля или в промежутках между интегральных характеристик процессов перемагничиваимпульсами [3] (при формировании их с помощью ния — динамических петель гистерезиса.

импульсного поля).

Ко второй группе следует отнести динамические доменные структуры, характерные размеры которых на 1. Методика эксперимента порядок и более превышают размеры квазистатических доменов. Это структуры в виде концентрических коль- Наблюдение динамических доменов проводилось магнитооптическим методом с использованием эффекта Фацевых доменов [2,9], искаженных ЦМД и др. [1,9,10], которые могут перемещаться по площади пленки [1] радея, временное разрешение стробоскопической устаили быть жестко привязаны к определенным центрам новки составляло 0.8 µs [5]. Информацию об эволюции в пленке (дефектам) [10]. Формирование гигантских ди- формы доменов получали, сканируя импульс источника намических доменов (ГДД) происходит при достаточно света — гелий-неонового лазера с СВЧ-накачкой — по большой амплитуде гармонического поля, превышаю- периоду магнитного поля. Путем изменения кратности щей статическое поле насыщения доменной структу- стробирования переходили от стробоскопического реры Hs [1,2,9,10]. Они являются относительно стабиль- жима наблюдения доменов к режиму высокоскоростными, сохраняя усредненную форму почти неизменной ной фотографии, что необходимо при исследовании на протяжении сотен и тысяч периодов поля. С ростом неповторяющихся процессов. Часть магнитооптического 1032 М.В. Логунов, М.В. Герасимов гармонических полей, используемых в настоящей работе, значительно упрощает интерпретацию результатов экспериментов.

2. Результаты эксперимента Закономерности перехода к механизмам образования ГДД по мере увеличения амплитуды гармонического поля рассмотрим для частоты поля f = 40 kHz (рис. 2).

Именно при этой или близких частотах размеры доменов могут достигать максимальных величин. Микрофотографии для одних и тех же амплитуд поля, но для разных фаз, приведенные на рис. 2, соответствуют различным периодам поля. Это позволяет судить о повторяемости процесса перемагничивания.

При амплитуде поля HM < H0 от периода к периоду поля происходит перестройка доменной структуры, причем структура остается лабиринтной (рис. 2, a). Легко заметить отличия такой структуры от лабиринтной структуры, сформированной квазистатически (рис. 1, a).

Рис. 1. Равновесная доменная структура (a) (Hb = 0) и гиОни заключаются в уменьшении периода доменов и гантский динамический домен (b) в гармоническом магнитном одновременном увеличении плотности дисклинаций в поле при амплитуде поля Hm = 85 Oe и частоте f = 40 kHz.

доменной структуре. Последнее отличие, как отмечалось ранее [3,6,11], является косвенным, но надежным признаком изменения структуры доменных границ и сигнала с помощью полупрозрачного зеркала подаваувеличения плотности блоховских линий в границах.

лась на фотоэлектронный умножитель для регистрации Происходить это может в том случае, если доменные петель гистерезиса. Для формирования однородного границы движутся со скоростью, близкой к скорости гармонического магнитного поля (однородность поля насыщения. Таким образом, с увеличением частоты поля 1% в исследуемой области образца) использовались имеют место явные признаки перехода от квазистатичекольца Гельмгольца диаметром 2.5 mm. Гармоническое ских к нелинейным динамическим процессам движения поле прикладывали вдоль оси легкого намагничивания доменных границ. При этом коэрцитивная сила, рассчиисследуемой пленки.

танная по полуширине, соответствующей процессу частДалее приведены результаты для пленки феррита- ной петли гистрезиса, несколько увеличивается (рис. 3).

граната состава (Bi, Tm)3(Fe, Ga)5O12 с ориентациС увеличением амплитуды поля все перечисленные ей (111) [5] и следующими параметрами: толщина признаки динамической природы процессов движения h = 5.6 µm, равновесная ширина полосовых доменов доменов: ветвление доменов, увеличение плотности w = 8.9 µm, поле коллапса ЦМД H0 = 46 Oe, намагдисклинаций, уменьшение периода доменной структуниченность насыщения Ms = 9.9 Gs. Образец обладал ры (при Hb 0), уменьшение периода искажений по значительной одноосной анизотропией: фактор качества длине доменов, — приобретают все более явный хаQ = Ku/2M2 = 20 (Ku — константа одноосной анизо- рактер и наиболее выражены при HM H0 (рис. 2, b).

s тропии), ось легкого намагничивания перпендикулярна При недостаточной разрешающей способности аппараплоскости пленки. В отсутствии внешних магнитных по- туры динамические доменные структуры, показанные на лей в пленке существовала лабиринтная доменная струк- рис. 2, a, b, из-за значительного изменения положения дотура (рис. 1, a), а области формирования ГДД (рис. 2, b) менов от периода к периоду поля могут восприниматься соответствовал диапазон частот гармонического поля как „серый фон“ [1].

f = 15-80 kHz и амплитуд поля HM = 70-160 Oe.

При амплитуде гармонического поля, превышающей Выбор образца во многом обусловлен простым ви- величину статического поля насыщения, часть доменов дом зависимости скорости доменных границ V от за время периода поля коллапсирует, и в результате действующего поля H. Измерения скорости границ в происходит переход к динамической структуре, имеюимпульсном магнитном поле методом высокоскорост- щей принципиально отличный от равновесного вид и ной фотографии показали, что в большом интерва- размеры (рис. 2, c). При дальнейшем увеличении поля ле полей (от нескольких эрстед до H > 200 Oe) ско- почти все домены в течение периода поля коллапсируют, рость V почти не зависит от амплитуды поля H и и в поле зрения остается всего один или несколько не превышает 10 m/s. Такой вид зависимости V (H) гигантских доменов (рис. 2, d). Размеры их на порядок практически для всего диапазона мгновенных значений и более превышают равновесные размеры доменов.

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Формирование и эволюция гигантских динамических доменов в гармоническом магнитном поле Рис. 2. Динамические доменные структуры, соответствующие фазам = 90, 180 и 270 гармонического магнитного поля при частоте f = 40 kHz и амплитуде Hm = 30 (a), 40 (b), 79 (c) и 98 Oe (d).

Реализация механизма увеличения в несколько раз линии, соответствующей намагниченности M = 0; возпериода динамической доменной структуры в диапазоне можна нестабильность петли.

сверхзвуковых частот магнитного поля приводит к мо- Вполях с амплитудойHM H0 (ниже области формидификации формы петли гистерезиса. На рис. 3 приве- рования ГДД) динамические петли гистерезиса являются дены динамическая петля гистерезиса, соответствующая частными. Раскрытие петель (коэрцитивная сила доменсередине области формирования ГДД (по амплитуде и ных границ) увеличивается по мере роста частоты поля частоте поля, рис. 3, e), и петли гистерезиса при выходе из-за инерционных эффектов при движении доменных за границы этой области (рис. 3, a–d, f–k). Для области границ (рис. 3, a, d, g). С увеличением амплитуды поля формирования ГДД характерными являются следующие максимальная намагниченность образца, достигаемая в признаки: петля гистерезиса имеет форму искаженного течение периода поля, увеличивается. Тем не менее даже эллипса; петля смещена по вертикали относительно при амплитуде поля HM > Hs состояние насыщения Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 1034 М.В. Логунов, М.В. Герасимов Рис. 3. Динамические петли гистерезиса для частот гармонического магнитного поля f = 20 (a–c), 50 (d–f ), 100 kHz (g–k).

Для каждой частоты амплитуды поля составляют (слева направо) Hm = 50, 100, 150 Oe.

в течение периода поля не всегда успевает реализо- Подробно закономерности эволюции ГДД в течение ваться из-за конечной скорости движения доменных периода поля удобнее проследить на примере формиграниц (рис. 3, e, h, i). Выше области формирования ГДД рования домена не самых больших размеров (рис. 4), (по частоте) искажения эллиптической формы петли периодически зарождающегося на одном и том же уменьшаются. месте пленки. Так же, как и на рис. 2, микрофотографии представляют домены в одном и том же месте Увеличение амплитуды или уменьшение частоты поля образца, но в разные периоды поля. Динамические (относительно середины области формирования ГДД) домены небольших размеров при расширении имеют приводит к изменению поля старта на петле гистерецилиндрическую форму (рис. 4, a, b). В области смезиса и частичному схлопыванию петли по вертикали ны полярности поля (при фазе = 180 ± 30) из-за (рис. 3, b, c, f ): в течение одного из полупериодов поля уменьшения эффективного действующего поля границы образец намагничивается до насыщения, а в течение доменов испытывают изгибную неустойчивость и вместо другого из-за задержки процессов зарождения и роста доменов, ограниченного числа центров зародышеобра- плавных границ образуется сеть полосовых доменов — „гребень“ (рис. 2, d; рис. 4). Его происхождение аналозования не успевает размагнититься. Петля гистерезиса гично появлению лепестковых искажений при радиальтеряет симметричность относительно начала координат и смещается в область, например, положительной на- ном расширении ЦМД [12,13] из-за магнитостатической магниченности (рис. 3, b, c, f ). С увеличением амплиту- неустойчивости домена. Вероятно, наличие подобного гребня приводило к размытию изображений границ ГДД ды переменного магнитного поля тенденция к выбору предпочтительного направления намагничивания до на- на представленных в работах [1,9] фотографиях.

сыщения усиливается. Выбор этого направления может На основании данных, часть которых приведена на быть обусловлен незначительной асимметрией синусо- рис. 4, получены зависимости размеров доменов от иды поля или параметров образца. Это направление времени (рис. 5). Видно, что диаметр домена d как легко изменить приложением небольшого постоянного при расширении (одном полупериоде поля), так и при подмагничивающего поля Hb H0 вдоль оси легкого сжатии (другом полупериоде поля) практически линейно намагничивания пленки. зависит от времени, т. е. движение доменных границ Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Формирование и эволюция гигантских динамических доменов в гармоническом магнитном поле Рис. 4. Эволюция ГДД в поле частотой f = 40 kHz и амплитудой Hm = 98 Oe. Моменты времени относительно смены полярности поля t, µs: a —0.8, b —6, c —7, d —9, e — 11, f — 12, g — 13, h — 14, i — 15.

происходит с постоянной скоростью V 7 m/s. Такая величина скорости насыщения согласуется как с расчетными значениями, полученными с использованием различных моделей [14–16], так и с измеренными нами экспериментально в импульсном поле.

3. Обсуждение результатов Механизмы формирования и эволюции ГДД определяются особенностями зарождения доменов и динамическими свойствами доменных границ в гармоническом магнитном поле, в первую очередь явлением насыщения скорости движения доменных границ. Вследствие конечной величины скорости насыщения за время, равное полупериоду магнитного поля /2 (для области формирования ГДД /2 10 µs), смещение доменной границы не превышает части диаметра ГДД. В ре- Рис. 5. Напряженность магнитного поля H (a) и изменение размеров ГДД в течение периода поля: b — внешний диаметр зультате состояние насыщения в течение полупериода ГДД, c — диаметр ГДД без учета гребенчатой границы.

поля не достигается. Этим обусловлена относительная Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 1036 М.В. Логунов, М.В. Герасимов стабильность во времени подобных доменных струк- чения времени воздействия часть доменов при этом не тур, когда существенные изменения происходят спустя успевает коллапсировать;

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.