WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2000, том 42, вып. 7 Аксиально-симметричные доменные структуры в пленках ферритов-гранатов © М.В. Четкин, Т.Б. Шапаева, Л.Л. Савченко Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119899 Москва, Россия E-mail: shapaeva@magn145.phys.msu.su (Поступила в Редакцию 25 октября 1999 г.

В окончательной редакции 13 января 2000 г.) С использованием усовершенствованного метода двухкратной высокоскоростной фотографии был исследован процесс возникновения и развития доменной структуры после намагничивания небольшого участка пленки феррита-граната до насыщения. Установлено, что радиальная деформация, действующая на образец со стороны намагничивающей катушки, нарушает одноосную анизотропию, в результате чего внутри перемагниченной области возникает аксиально-ориентированная полосовая доменная структура. Период этой структуры уменьшается с ростом амплитуды импульсного поля. Формирование полосовой аксиально-ориентированной доменной структуры осуществляется под действием магнитостатического аксиально-симметричного поля.

В последние годы наряду с упорядоченными домен- получаются непосредственно в процессе наблюдения, ными структурами, такими как гексагональная решетка что в свою очередь позволяет гибко управлять эксперицмд [1], решетка гантелевидных доменов [2] или по- ментом.

лосовые домены [3], большой интерес вызывают такие Исследование пленок феррита-граната проводили в магнитные состояния, которые характеризуются частич- импульсных магнитных полях частоты несколько Hz, с ным или полным отсутствием порядка в расположении амплитудой (Hi), превышающей величину поля насыдоменных границ. Примером таких доменных структур щения. В эксперименте использовали импульсное магявляются спиральные домены [4] и плотноупакован- нитное поле, длительность которого можно было меные структуры спиральных доменов [5]. В одноосных нять от 1 до 10 µs. Это поле создавалось наклеенной пленках ферритов-гранатов с осью легкого намагничи- непосредственно на образец круглой катушкой, радиус вания, перпендикулярной поверхности пленки, наруше- которой был существенно меньше размеров образца.

нию упорядочения доменных границ способствует осо- При использовании импульсного поля длительностью бый характер анизотропии, исключающий выделенное 10 µs за первые 8 µs с начала действия импульса поля направление [6].

образец намагничивался до насыщения. Система сохраВ настоящей работе представлены результаты иссле- няла это состояние в течение нескольких микросекунд дований возникновения и развития доменной структуры после прекращения действия импульса поля. Для дальпленок феррита-граната после намагничивания неболь- нейшего описания состояния системы отсчет времени (t) шого участка образца с помощью катушки, наклеенной начинался сразу после прекращения действия импульнепосредственно на образец. Исследования проводили са поля. Через несколько десятков микросекунд после на пленках ферритов-гранатов (BiLaTm)3(FeGa)5O12 со окончания действия импульса поля на краю области, следующими характеристиками: 4Ms = 100 Gs, подвиж- ограниченной катушкой, начинает возникать аксиальноность µ = 120 cm/s · Oe. Плоскость подложки пленок симметричная полосовая доменная структура с домебыла перпендикулярна оси [111]. Использовали усовер- нами, ориентированными вдоль радиуса катушки. На шенствованный метод двухкратной высокоскоростной рис. 1 представлено двухкратное изображение полосовой фотографии [7]. Этот метод позволяет зафиксировать аксиально-ориентированной доменной структуры в пердва последовательных положения доменной границы че- вые микросекунды ее развития. На этом рисунке светлые рез определенный интервал времени. Интервал времени домены показывают состояние доменной структуры спумежду двумя импульсами света (t) формировался элек- стя 60 µs после прекращения действия импульса поля тронной линией задержки. Его величину можно было (t = 60 µs). Черные участки вокруг закругленных конменять от 1 до 1000 µs. В настоящей работе в от- цов светлых доменов представляют области, пройденные личие от классического метода двухкратной высокоско- доменной границей за время, прошедшее между двумя ростной фотографии [8] изображение доменной структу- импульсами света (t = 5 µs). Доменные границы ры регистрировали с помощью телевизионной камеры. двигаются в основном вдоль радиуса катушки. Скорость, Дальнейшая обработка изображений и их визуализация с которой полосовая доменная структура прорастает осуществлялись с помощью персонального компьютера, внутрь катушки (V = 8m/s), остается постоянной вплоть что позволило регистрировать изображение в любой до того момента, когда полосовые домены сходятся в заданный момент времени. Достоинством усовершен- центре катушки. На рисунке заметны утолщения на конствованного метода является также и то, что результаты цах полосовых доменов как в момент времени t, так и в 1288 М.В. Четкин, Т.Б. Шапаева, Л.Л. Савченко Рис. 1. Эволюция аксиально-симметричной доменной струк- Рис. 2. Эволюция аксиально-симметричной доменной структуры в пленке феррита-граната за время, прошедшее между туры в пленке феррита-граната за время, прошедшее между двумя импульсами света (t = 5 µs). Первое положение до- двумя импульсами света (t = 2 µs). Первое положение доменной границы характеризует состояние доменной структуры менной границы характеризует состояние доменной структуры спустя 60 µs после прекращения действия импульса поля с спустя 85 µs после прекращения действия импульса поля с амплитудой Hi = 520 Oe (Hs = 160 Oe) и длительностью амплитудой Hi = 520 Oe (Hs = 238 Oe) и длительностью ti = 10 µs. ti = 10 µs.

момент времени t+t. Кроме того, отчетливо видно, что ного поля период аксиально-ориентированной полосовой доменная граница движется не только к центру катушки. доменной структуры уменьшается.

Небольшие узкие белые области около светлого домена Известно, что в пленках феррита-граната с ростом иллюстрируют сжатие концов полосовых доменов.

амплитуды плоскостного поля период доменной структуНапомним, что классический метод двухкратной высо- ры уменьшается [9]. С ростом нормальной компоненты коскоростной фотографии позволяет наблюдать смеще- импульсного поля возрастает и плоскостная составляние доменной границы за определенное время, получить ющая этого поля. Этот факт и объясняет указанную же информацию о первоначальном состоянии доменной выше зависимость периода аксиально-ориентированной структуры в этом случае невозможно. В этом методе доменной структуры от амплитуды импульсного поля.

используются световые импульсы равной интенсивности. Качественное объяснение результатов, описанных в На рис. 1 помимо смещения доменной границы за интер- начале работы, состоит в следующем. Из-за радиальвал времени t хорошо видна возникающая доменная ной деформации растяжения со стороны наклеенной на структура. Для этого мы использовали световые импуль- образец намагничивающей катушки возникает поправсы разной интенсивности. ка к свободной энергии F [10]. F 110 ·, где На рис. 2 представлено изображение доменной струк- 110 — константа магнитострикции вдоль оси [110] (110 = 1.4 · 10-6), — механическое напряжение, туры в момент времени t = 85 µs. Период полосовой возникающее в катушке при протекании по ней тока.

доменной структуры примерно в 1.5 раза меньше, чем Для используемых образцов F составляет несколько период лабиринтной доменной структуры в отсутствии внешнего поля. При t = 140 µs полосовые домены схо- процентов от энергии анизотропии. Таким образом, под дятся в центре катушки, образуя квазистатическую ак- действием радиальной деформации ось легкого намагничивания отклоняется от нормали к плоскости пленки на сиально-симметричную полосовую доменную структуру малый угол вдоль каждого радиуса. Совокупность этих (рис. 3). Эта структура остается неизменной вплоть до осей образует конус легкого намагничивания.

начала действия следующего импульса поля. На рисунке видно, что по мере развития часть соседних доменов После намагничивания до насыщения участка образца, сливается друг с другом. С ростом амплитуды импульс- ограниченного катушкой, в образце формируется аксиФизика твердого тела, 2000, том 42, вып. Аксиально-симметричные доменные структуры в пленках ферритов-гранатов к области, ограниченной катушкой. В средней части катушки при смыкании полосовых доменов не происходит слияния одинаково намагниченных доменов, прорастающих с противоположных сторон катушки. Домены, намагниченные в одном направлении и проросшие с одной стороны, встают напротив доменов, проросших с противоположной стороны и намагниченных обратно. При выключении импульсного поля полосовая доменная структура остается неизменной. Незначительные искривления доменов возможны лишь в области смыкания полосовых доменов, проросших с разных сторон. Результаты этого эксперимента согласуются с качественным объяснением причин возникновения радиально-ориентированной полосовой доменной структуры.

При амплитудах импульсного поля, незначительно превышающих величину поля насыщения, в намагниченном до насыщения образце могут хаотично возникать зародыши обратной намагниченности. Они представляют собой цмд, радиус которых возрастает с течением времени t под действием аксиально-симметричного размагничивающего поля. После достижения максимального радиуса форма цмд начинает искажаться; домен становится Рис. 3. Аксиально-ориентированная полосовая доменная эллиптическим цмд. Со временем у него появляются разструктура, сформированная в образце спустя 140 µs после преветвленные отростки, при этом центральная часть домекращения действия импульса поля с амплитудой Hi = 255 Oe на сжимается. Так формируется область с лабиринтной (Hs = 238 Oe) и длительностью ti = 10 µs.

доменной структурой. На рис. 4 представлено двухкратально-симметричное магнитостатическое поле, которое и определяет характер развития радиально-ориентированной полосовой доменной структуры. Именно наличие этого поля объясняет зарождение и развитие аксиальносимметричных полосовых доменов в образце.

Определяющая роль радиальной деформации в формировании аксиально-ориентированной полосовой доменной структуры была экспериментально проверена следующим образом. Для создания магнитного поля использовали не наклеенную на образец катушку, а катушки Гельмгольца, такие, что зазор между ними и образцом составлял 0.5 mm. В данном случае восстановление доменной структуры происходило в основном за счет разрастания случайно возникающих областей с лабиринтной доменной структурой. Поэтому единой ориентации доменов не наблюдалось.

Итак, при намагничивании образца до насыщения импульсным полем, создаваемым наклеенной на образец катушкой, радиальное растягивающее напряжение, действующее на образец со стороны катушки, определяло ориентацию возникающей полосовой доменной структуры. Опираясь на это утверждение, для формирования Рис. 4. Эволюция зародыша обратной намагниченности в полосовой доменной структуры использовали магнитное пленке феррита-граната за время, прошедшее между двумя поле, создаваемое наклеенной на образец прямоугольной импульсами света (t = 3 µs). Первое положение доменной катушкой с внутренним размером 1.5 7 mm. Полосограницы характеризует состояние зародыша обратной намагнивые домены, период которых приблизительно в 1.4 раза ченности спустя 25 µs после прекращения действия импульса меньше периода лабиринтной доменной структуры в от- поля с амплитудой Hi = 193 Oe (Hs = 110 Oe) и длительноссутствии внешнего поля, выстраивались вдоль нормали тью ti = 10 µs.

Физика твердого тела, 2000, том 42, вып. 1290 М.В. Четкин, Т.Б. Шапаева, Л.Л. Савченко ное изображение доменной структуры, иллюстрирующее [3] А. Эшенфельдер. Физика и техника цмд. Мир, М. (1983).

развитие зародышей обратной намагниченности с тече- [4] Г.С. Кандаурова, А.Э. Свидерский. ЖЭТФ 97, 4, (1990).

нием времени. Светлый домен на рисунке показывает [5] М.В. Четкин, А.И. Ахуткина, Т.Б. Шапаева. Микроэлектровид зародыша обратной намагниченности спустя 25 µs ника 27, 5, 370 (1998).

после прекращения действия импульса поля (t = 25 µs).

[6] И.Е. Дикштейн, Ф.В. Лисовский, Е.Г. Мансветова, Е.С. ЧиЧерные области вокруг этого домена показывают путь, жик. ЖЭТФ 100, 5(11), 1606 (1991).

пройденный доменной границей за время t, прошедшее [7] М.В. Четкин, И.В. Парыгина, Л.Л. Савченко. ЖЭТФ 110, между первым и вторым импульсами света (t = 3 µs).

5(11), 1873 (1996).

В течение всей описанной эволюции зародышей обрат[8] М.В. Четкин, С.Н. Гадетский, А.П. Кузьменко, В.Н. Филаной намагниченности максимальная скорость доменной тов. ФТТ 26, 9, 2655 (1984).

границы не превышает 8 m/s. Домены, аналогичные [9] V.G. Bar’jakhtar, M.V. Chetkin, B.A. Ivanov, S.N. Gadetskiy.

зародышам обратной намагниченности, представленным Dynamics of Topological Magnetic Solitons. Experiment and Theory. V. 129. Springer tracts in modern physics, Berlin на рис. 4, были описаны в работе [11].

(1994).

Исследования показали, что основной рост доменов [10] В.С. Вонсовский. Магнетизм. Наука, М. (1967).

происходит на краях зародыша обратной намагниченнос[11] В.В. Рандошкин, Л.Р. Иванов, Р.В. Телеснин. ЖЭТФ 105, ти. В определенный момент времени наряду с хаотич3(9), 960 (1978).

но возникающими областями с лабиринтной доменной структурой в образце появляются аксиально-ориентированные полосовые домены. С течением времени размер областей с лабиринтной доменной структурой возрастает, а полосовые домены развиваются так, как описано выше. Совместное существование различных типов доменной структуры в образце продолжается вплоть до завершения формирования аксиально-ориентированной полосовой доменной структуры. Аксиально-симметричное магнитное поле является причиной развития и областей с лабиринтной доменной структурой, и аксиально-ориентированных доменов.

Возникновение зародышей обратной намагниченности в образце после воздействия на него импульса поля с амплитудой, близкой к величине поля насыщения, связано, по-видимому, с тем, что после действия импульса поля внутри образца остаются неперемагниченные области, вокруг которых в дальнейшем и начинают развиваться зародыши обратной намагниченности. Случайный характер расположения этих областей является причиной хаотичного возникновения зародышей обратной намагниченности. Если амплитуда импульсного поля велика, образец перемагничивается полностью и описанный выше эффект не наблюдается.

С помощью усовершенствованного метода двухкратной высокоскоростной фотографии удалось проследить и зафиксировать развитие аксиально-ориентированной полосовой доменной структуры. В результате экспериментов было установлено, что ориентация этой доменной структуры однозначно определяется радиальной деформацией растяжения, создаваемой наклеенной непосредственно на образец катушкой при протекании по ней импульсного тока, и аксиально-симметричным магнитостатическим полем.

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.