WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 9 Эволюция динамических спиральных доменов в течение периода переменного магнитного поля © М.В. Логунов, М.В. Герасимов Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, 430000 Саранск, Россия E-mail: logunov@mrsu.ru (Поступила в Редакцию 15 октября 2001 г.) Стробоскопическим методом исследована эволюция динамических спиральных доменов в пленках ферритов-гранатов в переменном магнитном поле. Показано, что в течение периода поля значительно изменяется форма спирального домена; основные процессы перестройки формы имеют место в диапазоне фаз ±/4 относительно момента времени смены полярности поля. За время формирования/распада спирального домена плавно изменяются площадь и форма петли гистерезиса участка пленки, на котором находится домен.

Установлено, что существование верхней (по частоте) границы формирования спиральных доменов связано с преобразованиями структуры границ доменов.

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

Спиральные домены — интересный случай упоря- динамических доменных структур стробоскопическим дочения доменной структуры магнитного материала, методом.

привлекающий внимание многих исследователей. Формирование динамических спиральных доменов возможно 1. Методика эксперимента в одноосных магнитных пленках в определенном диапазоне частот и амплитуд переменного магнитного поИзучение динамических спиральных доменов проволя [1–4]. Спиральные домены могут быть сформированы дилось на магнитооптической установке с использоватакже в импульсном поле [4–7], квазистатически [8,9], нием эффекта Фарадея. Установка позволяет проводить под действием лазерного излучения [10], в двухслойных запись петель гистерезиса в диапазоне частот магпленках [11]; возможно образование спиральных струкнитного поля f = 10-4-2 · 105 Hz и одновременно тур в сверхтонких пленках [12].

регистрировать изображения динамических доменных Представленные в литературе экспериментальные реструктур, соответствующих различным участкам петли зультаты исследования динамических спиральных домегистерезиса, стробоскопическим методом с временным нов в переменном магнитном поле не связаны жестко разрешением 0.8 µs [13]. В качестве импульсного исс фазой перемагничивающего поля. Из-за невысокого точника света применялся гелий-неоновый лазер с повременного разрешения фотографии доменных структур перечной СВЧ-накачкой и модуляцией напряжения пичасто отображают интегральное состояние структуры тания [14]. Возможности гибкого изменения режима за время, сравнимое с периодом поля или превышаюмодуляции лазера позволили реализовать стробоскопищее его. Как следствие возможны лишь предположеческий метод с регулируемой кратностью стробирования ния относительно соответствия фотографий доменных Kst = 1, 2, 3,... Для регистрации неповторяющихся структур той или иной фазе процесса перемагничивания, процессов при записи динамических доменных структур что затрудняет интерпретацию результатов эксперименс помощью видеокамеры мы путем изменения кратности тов. В частности, нет однозначного ответа на вопрос, стробирования выбирали режим работы установки, при определяется ли процесс формирования спиральных котором на одном видеокадре регистрируется динамидоменов в переменном магнитном поле (частота поля ческая доменная структура с использованием одного f 102-103 Hz) динамическими механизмами движеимпульса подсветки.

ния доменных границ или является суперпозицией кваНаряду с обычным методом регистрации динамичезистатических процессов, незначительно изменяющихся ских петель гистерезиса с экрана осциллографа, когда от периода к периоду магнитного поля. Неясно также, на одном кадре регистрируется последовательность пекакими механизмами перемагничивания определяются тель для многих циклов перемагничивания, установка частотные границы области формирования динамичепозволяет стробировать и записывать на видеокамеру ских спиральных доменов.

динамическую петлю гистерезиса для единичного цикла В настоящей работе с целью прямого изучения перемагничивания. Для этого, регулируя длительность механизмов формирования динамических спиральных импульса подсветки лазера, синхронизировали его по доменов исследована их эволюция в течение перио- фазе и длительности с периодом переменного магнитда переменного магнитного поля путем регистрации ного поля.

1628 М.В. Логунов, М.В. Герасимов Рис. 1. Статическая (H = 0) (a) и динамические доменные структуры в пленке феррита-граната, соответствующие различным фазам переменного магнитного поля с частотой f = 2 kHz и амплитудой HM = 38 Oe: b —0, c —30, d —60, e —90, f — 100, g — 125, h — 135, i — 200, j — 224, k — 292, l — 328.

Переменное магнитное поле формировалось с помо- работ по исследованию спиральных доменов выбращью колец Гельмгольца диаметром 2.5 mm и приклады- на пленка состава (Tm, Bi)3(Fe, Ga)5O12 с параметравалось перпендикулярно плоскости пленки. Исследова- ми, сравнимыми с параметрами образцов, изученных лась область образца диаметром 1.5 mm. в [2–4,15–17]: толщина h = 5.8 µm, равновесная ширина В качестве образцов использовались монокристал- полосовых доменов w = 8.7 µm, намагниченность насылические пленки ферритов-гранатов. Для сопоставле- щения Ms = 10 Gs, константа одноосной анизотропии ния полученных результатов с данными известных Ku = 1.3 · 104 erg/cm3, константа затухания = 0.09.

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. Эволюция динамических спиральных доменов в течение периода переменного магнитного поля 2. Результаты эксперимента В равновесном состоянии в пленке существовала доменная структура в виде полосовых или лабиринтных доменов (рис. 1, a); для получения равновесного состояния структура была подвергнута „отжигу“ в переменном магнитном поле частотой f = 50 Hz с медленно уменьшающейся до нуля амплитудой.

Процессы формирования спиральных доменов происходили в диапазоне частот переменного магнитного поля f = 0.5-5 kHz при амплитудах магнитного поля HM = 43 ± 5 Oe. Процессы закручивания полосовых доменов в микроспирали возможны в значительно более широком частотном диапазоне полей (0.1-20 kHz), но мы учитывали спиральные домены с числом витков не Рис. 2. Предельная (HM = 120 Oe) (a) и частная менее двух. При этом для частоты f 2 kHz время (HM = 38 Oe) (b) петли гистерезиса пленки феррита-граната существования спиральных структур было наибольшим при квазистатическом изменении магнитного поля.

(3-8s), а время ожидания — наименьшим (5-8s). Эта частота и была выбрана нами для изучения процесса эволюции спирального домена в течение периода переменного поля (рис. 1, b–l). При съемке на видеокамеру полярности поля (в следующем полупериоде поля) кармежду соседними кадрами проходит 80 периодов поля.

тина повторяется (рис. 1, i–l). Таким образом, в течение Поскольку „время жизни“ спирального домена от за- периода магнитного поля происходит существенное изрождения до распада составляет 104 периодов поля, менение формы спирального домена при практически за несколько десятков периодов число витков в спирали неизменном числе витков в спирали.

изменяется незначительно.

Характерно различие формы доменов одной и той Спиральные домены могли быть сформированы и в же полярности при изменении напряженности поля в полях более высоких частот [4,17] —до f 100 kHz, течение полупериода: нарастание изгибных искажений но для их формирования необходимо наличие постоян- при уменьшении поля (рис. 1, g, h, l) и формирование ного поля смещения Hb (перпендикулярного плоскости отростков при увеличении поля (рис. 1, c, i).

пленки), увеличивающегося по мере роста частоты, при Форма петель гистерезиса тесно связана с возможодновременном уменьшении амплитуды переменного ностью формирования спиральных доменов [4,15]. Преполя HM. При увеличении частоты амплитуда поля HM и дельная и частная петли гистерезиса исследованной поле Hb изменялись, как и в [4], монотонно; интервалы пленки при квазистатическом изменении магнитного почастот, в которых невозможно зарождение спиральных ля являются типичными для пленок ферритов-гранатов с доменов [17], отсутствовали. Во всем диапазоне частот малой коэрцитивной силой (рис. 2; время записи петель максимальная напряженность действующего магнитного 200 s). В переменном поле при формировании/распаде поля HM + Hb соответствовала гистерезисной области спирального домена мы одновременно с регистрацией между однородно намагниченным состоянием и лаби- домена записывали и петлю гистерезиса, фокусируя луч ринтной доменной структурой [4].

подсветки на участке образца, занятого спиралью. ПлоПредставленные на рис. 1, b–l спиральные домены щадь петли гистерезиса плавно изменялась в течение наиболее характерны для указанных фаз магнитного нескольких секунд при формировании и свертывании поля. Они сформированы на одном и том же участке спирали. Разумеется, от периода к периоду поля плообразца в различные моменты времени. Направление щадь петли изменялась ступенчато. Но, как показали закрутки спиралей может быть различным, поскольку результаты стробирования записи динамических петель постоянное поле смещения Hb = 0 [3]. гистерезиса для единичных циклов перемагничивания, размер „ступенек“ незначителен. При частоте поля В момент смены полярности поля спиральный домен f 2 kHz они не заметны при наблюдении изменений сильно искажен (рис. 1, b). По мере нарастания поля уменьшаются амплитуда квазипериодических искаже- петли гистерезиса обычным методом на экране осциллографа и проявляются как увеличение диаметра луча ний витков спирали (рис. 1, c) и величина отростков осциллографа на отдельных участках петли.

(ветвлений) на витках спирали. Процессы сглаживания витков спирали практически завершаются при фазе 60 Наименьшая площадь петли гистерезиса, как и в [15], (рис. 1, b–d). Далее при прохождении пикового значения имела место для спиральной доменной структуры поля имеет место небольшое раскручивание централь- (рис. 3, b). Увеличение площади петли и рост максимальной части спирали (рис. 1, f), сменяющееся процессом ной намагниченности пленки (рис. 3, a) соответствуют искажения витков спирали (рис. 1, g, h). При смене распаду спирали и переходу к лабиринтной доменной Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 1630 М.В. Логунов, М.В. Герасимов домена при формировании/распаде спирали, так и на периферии — при перестройке ответвлений. Причиной „скачков“ являются локальные закрепления доменных границ на дефектах пленки с последующими отрывами при изменении мгновенных значений переменного поля, а также наличие гистерезиса при переходе полосовой– цилиндрический магнитный домен и обратно [21].

Вероятность достижения критической скорости доменной границы Vcr при скачкообразном движении участков границ достаточно велика: критическая скорость, согласно проведенным нами расчетам с использованием различных моделей движения доменных границ [19], для данного образца достигается в продвигающем поле Hcr = 1.2-2 Oe, что сравнимо с коэрцитивной силой пленки (Hc 0.6 Oe для квазистатической петли Рис. 3. Частные петли гистерезиса в переменном магнитном и Hc > 1 Oe для динамической петли гистерезиса при поле с амплитудой HM = 38 Oe и частотой f = 2 kHz для f > 0.1kHz).

одной и той же области пленки, занятой лабиринтными Следует отметить, что существование верхней (по доменами (a) или спиральным доменом (b).

частоте) границы области формирования спиральных доменов f в переменном магнитном поле обусловлено h динамическими свойствами доменных границ и зависит от максимальной скорости изменения магнитного поструктуре. „Скачков“ петли, как в [15], мы не наблюдали.

ля. При возрастании частоты поля, во-первых, увелиДля петли гистерезиса спирального домена характерно чивается площадь петли гистерезиса; во-вторых, преотклонение восходящей ветви петли вниз от ветви петли образования структуры границ динамических доменов, гистерезиса полосовой структуры (рис. 3). Величина отклонения меньше, чем показывают теоретические рас- образование участков с различной эффективной массой доменных границ приводят не только к ветвлениям, но четы [18].

и все чаще — к разрывам полосовых доменов (подобно механизму образования цилиндрических магнитных до3. Обсуждение результатов менов в импульсном поле [19]). Все это препятствует формированию спирального домена, представляющего Сжатие/расширение полосового домена, образующего собой, по существу, длинный изогнутый полосовой спираль, в течение периода магнитного поля сопроводомен. Нахождение обобщенного параметра, определяждается изменением структуры его доменных границ и ющего частотные границы формирования спиральных как следствие перераспределением эффективной массы доменов, является предметом дальнейших исследований;

вдоль них. Об этом свидетельствует формирование оттрудности его нахождения в немалой степени связаны ростков на участках спирального домена, ясно разлисо значительными изменениями формы и параметров чимых на протяжении части периода магнитного поля спиральных доменов, а также амплитуды колебаний их (рис. 1, c, i). Ранее формирование боковых отростков доменных границ с изменением частоты магнитного отмечалось при исследовании процессов формирования поля.

спиральных доменов, но только в импульсном поле во время действия импульса [6,7] или после его окончания, в „замороженной“ структуре [4,5].

Список литературы Наличие отростков и ветвлений витков спирального домена связано с конечной величиной скорости насыще[1] S.M. Hanna, F.J. Friedlaender, R.L. Gunshor, H. Sato. IEEE ния доменных границ [19], составляющей для данного Trans. Magn. MAG-19, 5, 1802 (1983).

образца, согласно результатам высокоскоростной фото- [2] Г.С. Кандаурова, А.Е. Свидерский. Письма в ЖЭТФ 47, 8, 410 (1988).

графии со временем экспозиции 5 ns [20], Vs 10 m/s.

[3] Г.С. Кандаурова, А.Е. Свидерский. ЖЭТФ 97, 4, Несмотря на малую среднюю скорость движения до(1990).

менных границ в течение периода поля при частоте [4] И.Е. Дикштейн, Ф.В. Лисовский, Е.Г. Мансветова, Е.С. Чиf 2 kHz, отдельные участки спирального домена изжик. ЖЭТФ 100, 5, 1606 (1991).

за скачкообразного характера движения во время „скач[5] Ф.В. Лисовский, Е.Г. Мансветова. ФТТ 31, 5, 273 (1989).

ков“ достигают критической скорости Vcr, при которой [6] А.В. Николаев, В.Н. Онищук, А.С. Логгинов. Тез. докл.

изменяется структура доменных границ, образуются XV шк.-сем. „Новые магнитные материалы микроэлектроучастки границ с различной эффективной массой и ники“, (1996). C. 398.

соответственно с различной скоростью движения. Такие [7] М.В. Четкин, А.И. Ахуткина, Т.В. Шапаева. Микроэлекявления наблюдались нами как в центре спирального троника 27, 5, 396 (1998).

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. Эволюция динамических спиральных доменов в течение периода переменного магнитного поля [8] М.В. Логунов, В.В. Рандошкин. Тез. докл. XVII Всесоюз.

конф. по физике магнитных явлений. Калинин (1988).

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.