WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 2001, том 43, вып. 8 Генерация пар антиферромагнитных вихрей и их динамика на доменной границе ортоферрита иттрия © М.В. Четкин, Ю.Н. Курбатова Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119899 Москва, Россия (Поступила в Редакцию 23 ноября 2000 г.

В окончательной редакции 1 февраля 2001 г.) Исследована устойчивая генерация пар антиферромагнитных вихрей на доменной границе, движущейся со скоростью 12 km/s, при пересечении ею дефекта в тонкой пластинке ортоферрита иттрия. Скорости движения вдоль доменной границы вихря и антивихря, сопроводжаемых уединенными изгибными волнами равны ±16 km/s соответственно. Полная скорость антиферромагнитных вихрей была близка к предельной скорости доменной границы, равной 20 km/s. Такая высокая скорость может быть результатом действия только весьма большой гироскопической силы. Внешнее постоянное магнитное поле вдоль оси b ортоферрита ±400 Oe очень слабо влияло на величину этой скорости. Эффективное магнитное поле, нарушающее Лорентцинвариантность динамики, значительно превосходит указанную величину.

Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (грант № 98-02-16440).

Возможность существования ферромагнитных вихрей движущихся со сверхзвуковой скоростью, и исследована следует из уравнений движения магнитного момента их динамика в присутствии внешнего магнитного поля Ландау–Лифшица [1,2]. Для экспериментального наблю- вдоль оси b кристалла. Результаты подтверждают закон дения статических магнитных вихрей в доменных грани- сохранения топологического заряда пары антиферромагцах пленок ферритов-гранатов развит метод анизотроп- нитных вихря-антивихря, сопровождаемых уединенными ной темнополевой дифракции света [3]. Предсказание изгибными волнами, в процессе их генерации. Исследодействия гироскопических сил на магнитные вихри в вания динамики в присутствии магнитных полей, перпендоменных границах ферритов-гранатов было сделано в дикулярных оси слабого ферромагнетизма ортоферрита, работе [4]. Динамика, парные соударения и солито- представленные в статье, важны для понимания природы ноподобное поведение магнитных вихрей в доменных сил, продвигающих антиферромагнитные вихри. Экспеграницах пленок ферритов-гранатов, основанные на рерименты по генерации антиферромагнитных вихрей в гистрации уединенных изгибных волн, сопровождающих тонкой, толщиной 30 µm, пластинке ортоферрита иттрия эти вихри, исследованы в [5,6]. Теоретические предскапри комнатной температуре проводились методом двузания возможности существования антиферромагнитных кратной высокоскоростной фотографии, как и в предыдувихрей в доменных границах ортоферритов при низких щих работах. Пластинка была вырезана перпендикулярно температурах сделаны в [7,8] а в легкоплоскостных оптической оси. Нормаль к пластинке составляла антиферромагнетиках — в [9].

с осью c-слабого ферромагнетизма. Магнитное поле Первые экспериментальные наблюдения уединенных двух катушек с внутренним диаметром 1.5 mm, приклаизгибных волн в доменных границах ортоферрита иттрия дываемых к образцу через тонкие покровные стекла, при комнатной температуре описаны в наших рабокроме компоненты по оси c имело примерно такую тах [10,11]. Для генерации волн использовалось резкое же по величине компоненту по оси b. Эта комполокальное замедление доменной границы, движущейся нента важна для нарушения Лорентц-инвариантности первоначально со сверхзвуковой скоростью 12 km/s, с динамики доменных границ в ортоферритах и может помощью тормозящего магнитного поля одиночного пропривести к возникновению ненулевой гироскопической вода, пересекающего доменную границу. Известно, что силы, продвигающей антиферромагнитные вихри вдоль для доменной границы неелевского типа в конце области доменной границы. Оценки величин топологических постоянства скорости ДГ, равной скорости поперечного зарядов антиферромагнитных вихрей, сопровождаемых звука, имеет место безгистерезисный переход со звукоуединенными изгибными волнами, из экспериментальвой на сверхзвуковую скорость и обратно, и этот переход ных данных [13,14] и теоретических расчетов [15] соглаописывается правилом Максвелла [12]. Уединенные суются между собой. На рис. 1 представлена двукратная изгибные волны, сопровождающие антиферромагнитные высокоскоростная фотография движущейся снизу вверх вихри, исследованы в [13,14].

доменной границы в пластинке ортоферрита иттрия.

Первое положение доменной границы — переход от светлой части к темной — в нижней части фотографии.

1. Результаты экспериментов Второе положение доменной границы — переход от В данной статье приведены результаты исследова- темной части к светлой. Темная полоса представляет ний генерации пар уединенных изгибных волн в до- собой область, пройденную доменной границей за время менных границах ортоферрита иттрия, первоначально между двумя световыми импульсами. В левой части 1504 М.В. Четкин, Ю.Н. Курбатова абсолютной величине скоростями 16 km/s. Внешнее магнитное поле, продвигающее доменную границу как целое, может только тормозить уединенные волны. Единственной возможной причиной движения уединенных изгибных волн вдоль доменной границы является гироскопическая сила, действующая на антиферромагнитные вихри и антивихри, сопровождаемые этими волнами. Генерация пары уединенных волн, как показано на рис. 1, 2, доказывает справедливость закона сохранения топологического заряда при генерaции антиферромагнитных вихрей на сверхзвуковой доменной границе ортоферрита иттрия. С имеющимся в нашем распоряжении световым Рис. 1. Двукратная высокоскоростная фотография рождающейся пары уединенных изгибных волн, сопровождающих пару импульсом длительностью 250 ps мы не наблюдаем лоантиферромагнитных вихря и антивихря, во втором верхнем кального замедления части доменной границы вблизи положении движущейся снизу вверх доменной границы в пладефекта, а видим только рождение пары уединенных стинке ортоферрита иттрия. Темная полоса — область, пройволн. Квазистатическое продвижение доменной границы денная доменной границей за время между двумя световыми отчетливо показывает наличие дефекта, задерживающего импульсами.

доменную границу в месте генерации пары уединенных изгибных волн. В основе динамики доменных границ в ортоферритах лежит квазирелятивистская Лорентц– инвариантная -модель с предельной скоростью, равной скорости спиновых волн на линейном участке их закона дисперсии [6,16]. При скорости доменной границы 12 km/s полная скорость движения каждой из двух уединенных волн близка к предельной и равна 19.5±0.5km/s.

Такая скорость, по-видимому, может реализовываться под действием большой гироскопической силы, действуРис. 2. Двукратная высокоскоростная фотография двух движущихся в противоположных направлениях уединенных изгибных волн, сопровождающих антиферромагнитные вихрь и антивихрь на доменной границе, движущейся со скоростью 12 km/s, в пластинке ортоферрита иттрия.

рисунка доменная граница имеет почти прямолинейную форму и движется со скоростью 4 km/s. В правой части фотографии происходит переход на сверхзвуковую скорость 12 km/s. В первом положении уединенных изгибных волн на доменной границе еще нет. Во втором положении доменной границы на рис. 1 отчетливо видна особенность, состоящая из двух прямолинейных пересекающихся участков, которые, как видно из рис. 2, являются фронтами уединенных изгибных волн и движутся в противоположные стороны. Генерация пары уединенных изгибных волн является очень стабильной. Всякий раз, когда доменная граница пересекает отмеченное стрелкой на рис. 1 положение при скорости движения 12–13 km/s, происходит генерация пары уединенных изгибных волн, как это показано на рис. 1, 2. Уединенные изгибные волны отстают как целое от доменной границы и имеют резкие прямолинейные передние и очень затянутые Рис. 3. Временная зависимость расстояний, пройденных задние фронты. Из рис. 2 можно определить скорость антиферромагнитным вихрем и антивихрем в магнитном подвижения волн вдоль доменной границы. Они движутся ле 400 Oe, направленном вдоль (1) и против (2) оси b в в противоположных направлениях с одинаковыми по пластинке ортоферрита иттрия.

Физика твердого тела, 2001, том 43, вып. Генерация пар антиферромагнитных вихрей и их динамика на доменной границе ортоферрита... ющей на антиферромагнитные вихри. В магнитном поле скоростью 12 km/s, близка к предельной скорости, равной вдоль оси b ортоферрита, как это было показано в рабо- 20 km/s для уединенных изгибных волн всех наблюдатах [17,18], может нарушаться Лорентц-инвариантность емых амплитуд. Теория, описывающая динамику антиферромагнитных вихрей в ортоферритах и справедливая динамики доменных границ. Согласно этим работам, вплоть до предельной скорости их движения c, пока гироскопическая сила вдоль доменной границы в этом отсутствует. Из приведенных выше экспериментальных случае пропорциональна магнитному полю, приложенрезультатов следует, что эффективное магнитное поле, ному вдоль оси b ортоферрита. Указанные результаты нарушающее Лорентц-инвариантность динамики, сущеприменимы для скоростей, существенно меньших прественно больше, чем использованное нами постоянное дельной скорости. В связи с этим представляет интерес магнитное поле вдоль оси b и чем проекция на ось b исследование динамики уединенных изгибных волн в импульсного магнитного поля, создаваемого катушкой, магнитных полях вдоль оси b кристалла. Зависимость продвигающей доменную границу ортоферрита. Об этом расстояний, проходимых этими двумя волнами вдоль свидетельствует весьма слабая зависимость скорости доменной границы в магнитном поле ±400 Oe, от вреантиферромагнитных вихрей от магнитного поля по мени представлена на рис. 3. Скорость вихрей вдоль этой оси.

доменной границы близка к 16 km/s. Отличие скоростей Симметрия движущихся по инерции доменных границ в этих двух случаях не более 5-7%, так что эффективортоферритов в статике рассмотрена в [6,19]. При этом ное поле, снимающее Лорентц-инвариантность динамидля границ ac-типа в динамике отлична от нуля компоки доменных границ и порождающее гироскопическую нента mb слабого ферромагнитного момента вдоль оси b силу, значительно больше, чем использованное нами.

(пропорциональна V/c). Аналогичный результат спраДля более точного определения величины этого поля ведлив и для движущихся под действием магнитного понеобходимо провести аналогичный эксперимент в более ля доменных границ. Это означает, что гироскопическая сильных магнитных полях вдоль оси b. Если магнитные сила может быть пропорциональна V2/c2. В условиях подрешетки ортоферрита неэквивалентны, может вознашего эксперимента эта величина не мала и равна 0.36.

никнуть гироскопическая сила, пропорциональная не hb, Учет этой силы требует специального анализа и выхода а полю Дзялошинского [6]. Для генерации пары антиферза рамки приближения V c, принятого во всех опублиромагнитный вихрь–антивихрь существенное значение кованных к настоящему времени работах [15,17,18]. Анаможет иметь изменение магнитной анизотропии вблизи лиз структуры движущихся доменных границ выполнен дефекта.

только для однородных доменных границ ac- и ab-типов.

Для исследования симметрии доменных границ с антиферромагнитными вихрями необходим учет инвариантов 2. Обсуждение результатов более высоких порядков, чем для однородных границ.

В центральной части антиферромагнитного вихря, двуБлагодарим А.М. Балбашова за предоставленные можущегося под действием гироскопической силы, должнокристаллы, А.Ф. Попкова и С.С. Кротова за обсуждена существовать антиферромагнитная фаза Gy [13,14].

ние результатов.

Существование такой фазы известно при низких температурах в ортоферрите диспрозия. В исследуемом Список литературы нами ортоферрите иттрия фазовый переход GzFx Gy происходит при комнатной температуре в неустойчивой [1] R.K. Dodd, J.C. Eilbeck, J.D. Gibbon, H.C. Morris. Solitons сверхзвуковой доменной границе при ее замедлении на and Nonlinear Wave Equations. Acad. Press., N. Y. (1983).

локальном дефекте либо в тормозящем магнитном поле [2] E.Y. Vedmedenko, H.P. Oepen, A. Ghazdli. Phys. Rev. Lett.

одиночного проводника. Возникновение двух уединенных 84, 25, 5884 (2000).

волн, как показано на рис. 1, 2, идет одинаково в магнит[3] A. Thiaville, Ben Yоussef, Y. Nakatany, J. Miltat. J. Appl. Phys.

ных полях как вдоль, так и против оси b. Это означает, 69, 6090 (1991).

что знак гироскопической силы в этих двух случаях не [4] А.В. Никифоров, Э.Б. Сонин. Письма в ЖЭТФ 40, 4, изменяется. Импульсное магнитное поле вдоль оси b, (1984).

[5] М.В. Четкин, И.В. Парыгина, Л.Л..Савченко. ЖЭТФ 110, создаваемое катушкой, продвигающей доменную границу 6, 1873 (1996).

со скоростью 12 km/s, составляло 120 Oe. Если бы знак [6] V.G. Bar’jakhtar, M.V. Chetkin, B.A. Ivanov, S.N. Gadetskiy.

гиросилы при изменении направления магнитного поля Dynamics of Topological Magnetic Solitons. Experiment and вдоль оси b изменялся, уединенные волны после их Theory. Vol. 129. Springer tracts in modern physics, Berlin, генерации должны были бы двигаться навстречу друг (1994).

другу и аннигилировать, как это следует из наших более [7] М.М. Фарзтдинов, М.А. Шамсутдинов, А.А. Халфина. ФТТ ранних работ [11,13,14], в которых антиферромагнит21, 5, 1522 (1979).

ные вихри генерировались при локальном торможении [8] A.P. Malozemov, J.C. Slonchzewski. Magnetic Domain Walls сверхзвуковой доменной границы с помощью магнитноin Babbles Materials. Academic Press, N. Y. (1979).

го поля одиночных проводов, пересекающих доменную [9] S. Komineas, N. Papanicolaou. Nonlinearity 11, 265 (1998).

границу. Полная скорость антиферромагнитных вихрей в [10] M.V. Chetkin, Yu.N. Kurbatova, A.I. Akhutkina. J.Appl. Phys.

доменной границе ортоферрита иттрия, движущейся со 79, 8, 6132 (1996).

11 Физика твердого тела, 2001, том 43, вып. 1506 М.В. Четкин, Ю.Н. Курбатова [11] М.В. Четкин, Ю.Н. Курбатова, В.Н. Филатов. Письма в ЖЭТФ 65, 10, 760 (1997).

[12] С.В. Гомонов, А.К. Звездин, М.В. Четкин. ЖЭТФ 94, 1, (1988).

[13] М.В. Четкин, Ю.Н. Курбатова, Т.Б. Шапаева. ЖЭТФ 115, 6, 2160 (1999).

[14] M.V. Chetkin, Yu.N. Kurbatova. Phys. Lett. A260, 108 (1999).

[15] А.К. Звездин. Краткие сообщения по физике ФИАН 6, (1999).

[16] А.К. Звездин. Письма в ЖЭТФ 29, 10, 605 (1979).

[17] Ю.В. Мелехов, О.А. Переход. ФТТ 26, 3, 924 (1984).

[18] М.М. Фарзтдинов, М.А. Шамсутдинов, Е.Г. Екомасов. ФТТ 30, 6, 1866 (1988).

[19] N. Papanicolaou. Phys. Rev. B55, 18, 12 290 (1997).




© 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.