WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

2 2 - В случае больших значений R однородное распреC+ = C- =. (17) деление намагниченностей ферромагнитных слоев не отвечает состоянию с наименьшей энергией. ДействиСледует отметить, что в случае немагнитной протельно, поскольку в случае a 1 рассмотренные слойки, когда взаимодействие между ферромагнитными в предыдущем разделе искажения антиферромагнитного слоями обусловлено взаимодействием РККИ, возможпараметра порядка занимают весь объем слоя, а в случае ность 90-градусной ориентации намагниченностей одноa 1 энергия взаимодействия слоев пропорциональна родных ферромагнитных слоев является крайне маловеплощади слоев, то избыточная энергия, отнесенная к роятной [8]. Для ее осуществления необходимо, чтобы единице площади слоев, не зависит от R.

усредненное по поверхности слоев значение обменного Если же разбить ферромагнитные слои на областивзаимодействия между однородными ферромагнитными слоями было близко к нулю. В случае же обмена че- домены, границы которых совпадают с краями атомных рез антиферромагнитный параметр порядка это усло- ступеней, то в каждой такой области можно выбрать ориентацию намагниченностей ферромагнитных слоев вие обеспечивается равной вероятностью возникновения областей первого и второго типов (с четным и нечет- (параллельную или антипараллельную) так, чтобы искажения параметров порядка в объеме домена и изным числом атомных плоскостей в антиферромагнитной быточная энергия на границах слоев внутри домена прослойке).

отсутствовали бы. Избыточная энергия связана при этом По мере приближения к температуре Нееля TN величис наличием доменных стенок; ее величина, отнесенная к на антиферромагнитного параметра порядка Saf убывает единице поверхности слоев, равна как, где =(TN -T)/TN — безразмерный параметр, характеризующий близость к точке фазового перехода.

Оценим значение, при котором взаимодействие фер- W =, (20) R ромагнитных слоев через наводимую спиновую поляризацию (взаимодействие РККИ) сравнивается по порядку где — энергия доменной стенки, отнесенная к единице величины с взаимодействием через средний параметр ее длины. Поэтому при достаточно больших значениях R порядка в антиферромагнитной прослойке. Приравнивая разбиение ферромагнитных слоев на домены становится к выражениям (8) и (16) выражение для обменного энергетически выгодным.

взаимодействия РККИ между ферромагнитными слоями При переходе от домена с параллельной ориентацией намагниченностей ферромагнитных слоев (домен перJs-d вого типа) к домену с антипараллельной ориентацией JRKKI =, (18) Faнамагниченностей (домен второго типа) в доменной стенке происходит разворот намагниченностей феррогде Js-d — обменный интеграл между s и d электромагнитных слоев в разные стороны. Антиферромагнитнами (железа или кобальта), а F — энергия Ферми sный параметр порядка разворачивается вместе с намагэлектронов, получаем ниченностью того ферромагнитного слоя, на границе с которым ступень в данном месте отсутствует.

Js-d В случае одинаковых ферромагнитных слоев и при, a 1, Jaf F a l a разворот намагниченностей происходит в разные = (19) Js-d стороны на угол 90. Если же один ферромагнитный J2 Fa4, a 1.

слой намного толще другого, то происходит разворот f,af намагниченности тонкого ферромагнитного слоя на угол Для реальных значений Jf,af Jaf и a 10 получаем 180, а толстый ферромагнитный слой остается практи оценку 10-2. чески однородным.

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. Фазовая диаграмма многослойных структур ферромагнетик–слоистый антиферромагнетик Параметры доменной стенки в трехслойной структуре с одина- намагничены, а с понижением температуры в случае, ковыми толщинами слоев и значением если R > R(0), произойдет фазовый переход первого рода, сопровождающийся разбиением ферромагнитных Область Параметр слоев на домены. Для реальных значений параметров a a (a)3 (a)(0) (0) 1 величина R(0) a, т. е. составляет десятки ангстрем. Такой фазовый переход наблюдался в af 1/2 (a)1/4 1/численном эксперименте [9].

z 1/2 1/f a a z 4. Фазовая диаграмма трехслойной 0 / (a/)1/2 (a/)1/системы a ln (a)1/2 (a)1/ До сих пор мы предполагали, что характерное расстояние между ступенями в плоскости слоя R намного превосходит толщину антиферромагнитной прослойки В случае l a происходит разворот на 180 (R a). Однако в случае толстых слоев возможна намагниченности того ферромагнитного слоя, на границе обратная ситуация. Если R 0, то на границе слоя с которым возникла ступень, а остальные слои остаются возникает статический спиновый вихрь, замыкающий две в данном месте практически однородными.

ближайшие ступени на границе данного слоя [6]. При Для того чтобы найти критическое значение R, при 1 искажения параметра порядка возникают, в котором происходит переход от почти однородного расосновном, в антиферромагнитном слое (рис. 5), а при пределения намагниченностей ферромагнитных слоев к 1 — в ферромагнитном. Они практически не доменной структуре в них, найдем значение. Как доходят до противоположной границы слоя. Поэтому и в случае двухслойной системы [6], оно может быть связь между ферромагнитными слоями даже при оценено по порядку величины на основе простой модели, в этой области толщин существенно ослаблена (в (R/a)предполагающей линейную зависимость ширины доменраз).

ной стенки от расстояния z до границы раздела слоев, При R 0 в слоях возникают только слабые иска содержащей ступень. Параметры 0 (ширина доменной жения на фоне однородных распределений параметров стенки вблизи ступени) и величина в ферромагнитz порядка.

ном и антиферромагнитном слоях находятся из условия Проводя рассмотрение, аналогичное приведенному в минимальности полной энергии. Отметим, что значение предыдущем разделе, можно показать, что наименьшей 0 не совпадает с 0 (7), найденным при условии одноэнергии слоев при R a отвечает ориентация, при родных ферромагнитных слоев.

которой вектор антиферромагнетизма вдали от границ Результаты такого расчета в интересующем нас случае слоя перпендикулярен намагниченностям ферромагнитl a приведены в таблице.

ных слоев. Действительно, поскольку спиновые вихри Сравнивая выражение (20) с энергиями (8) и (16), локализованы вблизи границ раздела слоев, то граничнаходим критический размер ступени R. При этом ные условия для величин i задаются ориентацией параследует учесть, что формулы (8) и (16) справедливы при метров порядка в глубине слоев.

R 0, a. Окончательно получаем Намагниченности ферромагнитных слоев при этом a коллинеарны, а энергии их параллельной и антипаралa ln, при a 1;

лельной ориентаций практически одинаковы.

R = a3, при a 1; (21) Фазовая диаграмма в переменных толщина слоев– a/, при 1 a.

шероховатость для трехслойной системы с l a приведена на рис. 6. Фаза 1 характеризуется наличием Случай 1 не представляет интереса, так как при вихрей и коллинеарной ориентацией намагниченностей этом искажения возникают в ферромагнитных слоях, а ферромагнитных слоев. В фазе 2 намагниченности ферантиферромагнитный параметр порядка остается одноромагнитных слоев однородны и в отсутствие внешнего родным. Связь между ферромагнитными слоями отсутмагнитного поля ориентированы под углом 90 друг к ствует.

другу. А фазе 3 соответствует полидоменная структура При произвольном соотношении между толщинами ферромагнитных слоев.

слоев число возможных вариантов резко возрастает.

Вблизи температуры Нееля, согласно формулам (3) Сравнение фазовой диаграммы с данными эксперимен-1/2 -и (4), (T ), a (T ), поэтому при T TN та возможно путем исследования состояния ферромагнитных слоев с помощью микроскопа магнитных сил при -3/R(T ). (22) различных соотношениях между величинами R и a, а Таким образом, вблизи TN (но не слишком близко, так также различных температурах (в силу температурной как > ) ферромагнитные слои могут быть однородно зависимости параметров и ).

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 1246 А.И. Морозов, А.С. Сигов Рис. 5. Cпиновый вихрь, возникающий при R a. На линиях постоянного значения af указана величина af в единицах.

5. Влияние магнитного поля предполагаем, что максимальное магнитное поле намного меньше, чем обменное поле в антиферромагнетике.

Процесс перемагничивания ферромагнитных слоев в Поэтому намагниченностью антиферромагнитных слоев фазе 1 (рис. 6) происходит практически независимо, и можно пренебречь.

петля гистерезиса должна совпадать с таковой в двух- В фазе 2 в слабом магнитном поле, превосходящем слойной системе, состоящей из одного ферромагнитного поле анизотропии в плоскости ферромагнитных слоев, намагниченности ферромагнитных слоев ориентируются и одного антиферромагнитного слоя. Здесь и далее мы под углом 45 к полю, оставаясь практически перпендикулярными друг другу.При этом намагниченность системы составляет Mmax 2, гда Mmax — максимальная намагниченность ферромагнитных слоев. Дальнейшую ее эволюцию можно исследовать, минимизируя сумму энергий взаимодействия ферромагнитных слоев друг с другом (формулы (8) или (16)) и с магнитным полем.

Энергия ферромагнитного слоя во внешнем магнитном поле с индукцией B задается формулой Wf = -2µlB cos, (23) где µ — магнитный момент атома ферромагнетика.

Для угла между намагниченностями слоев получаем при R 0 и при a 1 трансциндентное уравнение Jaf Saf = µlB sin. (24) a 2 Характерное поле B, при котором происходит сущеРис. 6. Фазовая диаграмма ”толщина–шероховатость” для ственное изменение намагниченности, составляет трехслойной системы, состоящей из слоев одинаковой толщины. Фаза 1 отвечает наличию вихрей и коллинеарной ориента- Jaf Saf B. (25) ции намагниченностей ферромагнитных слоев. В фазе 2 реалиµal зуется 90-градусная ориентация намагниченностей ферромагНе слишком близко к TN его величина намного меньнитных слоев, а в фазе 3 возникает разбиение ферромагнитных ше обменного поля антиферромагнетика Jaf Saf µaf слоев на домены. Заштрихована область слабых искажений (µaf — магнитный момент атома антиферромагнетика).

параметров порядка.

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. Фазовая диаграмма многослойных структур ферромагнетик–слоистый антиферромагнетик Если же a 1, то Список литературы [1] M.N. Baibich, J.M. Broto, A. Fert, Nguyen van Dau, F. Petroff, Jf,af Saf Sf tg =, (26) P. Etienne, G. Creuzet, A. Friederich, J. Chazelas. Phys. Rev.

2 Jf,af Sf Saf +2µlB Lett. 61, 21, 2472 (1988).

[2] P. Bruno, C. Chappet. Phys. Rev. B46, 1, 261 (1992).

а характерное поле B равно [3] E.E. Fullerton, S.D. Bader, J.L. Robertson. Phys. Rev. Lett. 77, 7, 1382 (1996).

Jf,af Saf [4] E. Fawcett, H.L. Albert, V.Yu. Galkin, D.R. Noakos, B, (27) µBl J.V. Yakhmi. Rev. Mod. Phys. 66, 1, 25 (1994).

[5] А.И. Морозов, А.С. Сигов. Письма в ЖЭТФ 61, 11, (1995).

где µB — магнетон Бора.

[6] В.Д. Левченко, А.И. Морозов, А.С. Сигов, Ю.С. Сигов.

В фазе 3 в слабом магнитном поле домены первоЖЭТФ 114, 5(11), 1903 (1998).

го типа с параллельной ориентацией намагниченностей [7] J.C. Slonczewski. J. Magn. Magn. Mater. 150, 1, 13 (1995).

слоев ориентируются по полю. При этом намагничен[8] А.И. Морозов, А.С. Сигов. ФТТ 39, 7, 1244 (1997).

ность системы составляет Mmax/2. Намагниченности [9] A. Berger, E.E. Fullerton. J. Magn. Magn. Mater. 165, 1–4, ферромагнитных слоев в доменах второго типа с их ан471 (1997).

типараллельной ориентацией в нулевом поле ведут себя аналогично намагниченностям подрешеток в объемном антиферромагнетике. Они ориентируются практически перпендикулярно внешнему полю.

По мере возрастания величины B угол между ними уменьшается. Характерное значение индукции B внешнего магнитного поля, в котором он изменяется существенно, при R R находится аналогично случаю фазы 2 и по порядку величины задается формулами (25) и (27). Поэтому вид петель гистерезиса в фазах 2 и отличается только величиной намагниченности в слабых полях.

Сравнение предложенной теории с экспериментальными данными возможно провести, исследуя зависимость величины B от толщин слоев. Приведенные зависимости B(a, l) отличаются от таковых для случая, когда взаимодействие ферромагнитных слоев обусловлено взаимодействием РККИ (B a-2l-1).

К сожалению, подобные исследования, насколько нам известно из литературы, не проводились.

В заключение приведем основные результаты работы.

1) В результате исследований вида искажений параметра порядка в антиферромагнитной прослойке между двумя ферромагнитными слоями, возникающих вследствие шероховатости границ раздела слоев, в рамках микроскопической теории подтверждена феноменологическая модель ”магнитной близости”, предложенная Слончевским, получено выражение для констант этой модели, а также найдена область ее применимости.

2) Найдена критическая ширина атомных ступеней на границах раздела слоев, при превышении которой энергетически выгодным становится разбиение ферромагнитных слоев на домены и возникновение полидоменной фазы.

3) Построена фазовая диаграмма ”толщина–шероховатость” трехслойной системы, состоящей из двух ферромагнитных слоев, разделенных антиферромагнитной прослойкой, для случая одинаковых толщин слоев.

4) Изучен вид петель гистерезиса в различных фазах.

Pages:     | 1 ||



© 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.