WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 9 Решетки цилиндрических магнитных доменов вблизи точки компенсации © Ю.А. Мамалуй, Ю.А. Сирюк, А.В. Безус Донецкий национальный университет, 83055 Донецк, Украина E-mail: coyote@skif.net (Поступила в Редакцию 10 декабря 2002 г.) Экспериментально исследовано поведение гексагональной решетки цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) в тонких одноосных пленках ферритов-гранатов в температурном интервале от точки компенсации до температуры Нееля. Изучены два вида фазовых переходов первого рода в решетке ЦМД при изменении температуры: с сохранением общего числа доменов и с изменением их числа. Показано, что характер фазового перехода определяется зависимостью изменения характеристической длины пленки от температуры. Объяснение двух фазовых переходов дано с точки зрения существования в решетке ЦМД магнитостатического давления.

В данной работе приведены результаты эксперимен- Переход от состояния с ориентацией намагниченности тального исследования свойств гексагональных решеток вверх (или вниз) к спин-флоп-состоянию происходит цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) в тонких скачком и сопровождается гистерезисом как по темпеодноосных магнитных пленках с осью легкого намагни- ратуре, так и по полю. Этим результаты [10] отличаются чивания вдоль нормали к поверхности вблизи темпера- от полученных в [4].

туры компенсации Tc. Доменная структура (ДС) тонких Исследования ФП в ДС вблизи Tc в отсутствие магнитных пленок вблизи Tc теоретически исследовамагнитного поля описаны в [11], где изучались решетки лась в работах [1–3]. В [1] показано, что вблизи Tc при ЦМД в тонких магнитных пленках ферритов-гранатов.

нулевом подмагничивающем поле всегда должен сущеАнализ содержания цитированных работ показывает, ствовать интервал монодоменности в тонкой магнитной что поведение решеток ЦМД вблизи Tc изучено недопленке. Предложена следующая последовательность сустаточно. В частности, не обсуждались вопросы сущеществования различных ДС вблизи Tc. В определенной ствования различных типов ФП в решетках ЦМД при окрестности вблизи Tc существует неоднородное состояохлаждении и нагревании пленок, а также решающая ние; при удалении от этого интервала появляются ЦМД;

роль методики создания равновесной решетки ЦМД в дальнейшее увеличение интервала T -Tc в обе стороны тонкой магнитной пленке при фиксированной темпераот Tc приводит к превращению ЦМД в полосовые туре. Выполненные нами исследования посвящены этим домены.

вопросам.

Изменение параметров полосовой ДС под влиянием внешнего магнитного поля в одноосных магнитных пленках в интервале температур, включающем Tc, 1. Результаты эксперимента изучено теоретически в [2] и обобщено в обзоре [3].

В [2] найдены температурные зависимости периода ДС Для исследования выбраны одноосные монокристали поля перехода в однородное состояние; получены лические пленки феррита-граната разного состава и толаналитические выражения для устойчивости одиночных щины с параметром качества Q 1 и разными точками ЦМД и решеток ЦМД вблизи Tc; найдено выражение компенсации. Пленки выращены методом жидкофазной для интервала монодоменности вблизи Tc, дающее хороэпитакции на подложке из гадолиний-галлиевого граната шее согласие с экспериментами, проведенными в рабос ориентацией (111). Ось легкого намагничивания пертах [4,5]. В подавляющем большинстве опубликованных пендикулярна плоскости пленки. Характеристики пленок экспериментальных работ основное внимание уделялось приведены в табл. 1.

изучению свойств полосовой и лабиринтной ДС, а также ДС наблюдалась с помощью эффекта Фарадея. Исструктуре доменных границ (ДГ) вблизи Tc [6–10].

Недавно появилось сообщение о наличии вблизи Tc следования проводились на магнитооптической установке, в которой предусмотрена возможность изменения фазовых переходов (ФП), индуцированных полем [10].

температуры пленки в интервале от 90 K до TN и Было обнаружено, что в присутствии магнитного поля в действия монополярного импульсного магнитного поля непосредственной близости от Tc на ДС хорошо видно развитие метастабильных состояний: домены с ориен- Hp, вектор напряженности которого перпендикулярен тацией намагниченности вверх и/или вниз перпендику- плоскости пленки. Решетка ЦМД формировалась имлярно пленке и спин-флоп-состояние с гораздо большей пульсным магнитным полем определенной частоты и намагниченностью (более сильный эффект Фарадея). амплитуды, затем поле выключалось.

1646 Ю.А. Мамалуй, Ю.А. Сирюк, А.В. Безус Таблица 1. Характеристики исследуемых пленок при комнатной температуре Номер h, TN, p, d, a, HK, l, 4MS,, Состав пленки µm K µm µm µm Oe µm G erg/cm1 (TmBi)3(FeGa)5O12 8.4 437 13.5 12.5 16.9 100 0.67 175 0.2 (YGdTm)3(FeGa)5O12 3.3 443 3.7 3.3 4.4 270 0.14 400 0.3 (GdTm)3(FeGa)5O12 2.3 528 7.5 6.6 8.9 100 0.42 270 0.4 (YBi)3(FeGa)5O12 2.8 483 17.5 15.5 21 30 1.12 146 0.Примечание. h — толщина пленки, TN — температура Нееля, p — период полосовой структуры, d — диаметр ЦМД, a — период решетки ЦМД, HK — поле коллапса ЦМД, l — характеристическая длина пленки, MS — намагниченность насыщения, — плотность энергии доменной стенки.

Существуют два способа изучения характеристик ре- постоянной до этой температуры (фотография этой шетки ЦМД. В первом случае решетку формируют при решетки приведена на рис. 2, a). Затем происходит ФП различных температурах. При этом получают графики к новой решетке с большими параметрами a и d. Из функций a(T) и d(T), которые являются непрерывными рис. 2, b видно, что одни ЦМД сжимаются и исчезают, функциями температуры [11]. Такие решетки являются а другие увеличиваются в диаметре и занимают места соседних. После действия на эту ДС импульсным магравновесными при температуре формирования, т. е. их параметры отвечают минимуму энергии для соответ- нитным полем образуется равновесная гексагональная d решетка ЦМД с большими параметрами и меньшим чис ствующих l(T ) и MS(T ) [12]. Параметр y = = 0.74 и a лом ЦМД, занимающая всю плоскость пленки (рис. 2, c).

остается постоянным на всем температурном интервале, Такая решетка устойчива до температуры 175 K (рис. 1), где может существовать равновесная решетка [13]. Иной при которой снова происходит ФП с увеличением a характер зависимостей a(T ) и d(T ) наблюдается, если и d и уменьшением числа ЦМД (рис. 2, d). Полученная решетку ЦМД формировать при некоторой фиксированпосле действия Hp новая решетка ЦМД (рис. 2, e) соной температуре, например комнатной, а затем изменять храняется до 170 K. При дальнейшем понижении темпетемпературу пленки. При этом решетка сохраняется в ратуры пленки наступает низкотемпературный коллапс некотором температурном интервале, затем происходит решетки: наблюдается исчезновение отдельных ЦМД.

спонтанный ФП к новой решетке ЦМД с новыми Причем, как правило, исчезает каждый центральный параметрами, соответствующими параметрам равновесдомен в решетке, и решетка ЦМД перестает существоной решетки при этой температуре [14]. Такой способ вать (рис. 2, f ). Картина аналогична коллапсу решетки использовался в настоящей работе.

ЦМД, который происходит при действии на пленку поля Рассмотрим ФП в решетке ЦМД, вызванные изменесмещения, близкого по величине к полю коллапса ЦМД, нием температуры, при охлаждении пленки. Из рис. при постоянной температуре. При T 160 K в пленвидно, что решетка, сформированная в пленке № 1 при ке наблюдаются изолированные ЦМД очень большого комнатной температуре, сохраняется при охлаждении размера (рис. 2, g), которые выглядят неустойчивыми, пленки до 215 K, так как величина параметра a остается хаотически перемещаются, изменяя свою форму случайным образом (рис. 2, h). При T = 150 K наступает монодоменность.

Для наблюдения ДСпри удалении от Tc пленка нагревалась, начиная с низких температур. При достижении 160 K появляется полосовая структура (рис. 1; 3, a), затем возникают изолированные ЦМД (рис. 3, b), которые мгновенно превращаются в страйпы. После кратковременного действия Hp получаем гексагональную решетку ЦМД при 170 K (рис. 3, c), которая сохраняется до 180 K. Затем в решетке происходит ФП, при котором она спонтанно распадается на блоки новой решетки, разделенные страйпами. Внутри блоков образуется решетка с меньшими величинами a и d, соответствующими параметрам равновесной решетки при данной температуре (рис. 1; 3, d). Общее число доменов n при этом сохраняется. Если на пленку подействовать Hp, создается массив решетки с параметрами, соответствующими Рис. 1. Температурные зависимости намагниченности насыпараметрам решетки в блоках. При нагревании пленки щения 4MS (1), характеристической длины l (2) и параметра решетки ЦМД a (3) для пленки № 1. решетка сохраняется до 205 K, затем снова происходит Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Решетки цилиндрических магнитных доменов вблизи точки компенсации Рис. 2. Доменная структура в пленке № 1, наблюдаемая при охлаждении. a — решетка ЦМД при 300 K; b — фазовый переход в решетке ЦМД при 215 K; c — решетка ЦМД при 215 K; d — фазовый переход в решетке ЦМД при 175 K; e — решетка ЦМД при 175 K; f — низкотемпературный коллапс решетки ЦМД при 170 K; g — изолированные домены при 160 K; h —неустойчивые домены при 158 K.

ФП решетки в двухфазную структуру: страйпы и блоки что число ФП и интервалы устойчивости решетки ЦМД решетки с меньшими параметрами. Как видно из рис. 1, при нагревании пленки отличаются от числа переходов при нагревании пленки в решетке наблюдается несколь- и интервалов устойчивости при охлаждении пленки, ко таких ФП (рис. 3). Кроме того, из рис. 1 видно, т. е. наблюдается гистерезис. Также следует обратить Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 1648 Ю.А. Мамалуй, Ю.А. Сирюк, А.В. Безус Рис. 3. Доменная структура в пленке № 1, наблюдаемая при нагревании. a — страйпы при 160 K; b — одиночные домены при 170 K; c — решетка ЦМД при 170 K; d — фазовый переход в решетке ЦМД при 180 K; e — фазовый переход в решетке ЦМД при 232 K; f — решетка ЦМД при 232 K.

внимание на то, что как при охлаждении, так и при результирующая намагниченность образца становится нагревании пленки ФП начинаются на дефектах решетки малой, и разбиение его на „вейсовские“ домены под ЦМД (рис. 2, 3) и происходят спонтанно (скачком). действием размагничивающих полей оказывается энергетически невыгодным. Пленка переходит в однородно Похожая картина ФП в решетке ЦМД наблюдается намагниченное состояние. Как видно из рис. 5, область при изменении температуры и в пленке № 2 (рис. 4).

монодоменности в окрестности Tc охватывает темпераПленка № 3 интересна тем, что на ней в отличие от турный интервал 150-230 K.

пленок № 1 и 2 можно изучать поведение ДС при изменении температуры с двух сторон от Tc (рис. 5). В области „высокотемпературной“ ветви в случае По мере приближения к Tc как со стороны низких, приближения к Tc при изменении температуры ДС так и со стороны высоких температур параметры ДС ведет себя так же, как в пленках № 1 и 2. С поувеличиваются, достигают некоторого критического зна- нижением температуры по мере приближения к Tc чения, после чего домены исчезают. В непосредственной наблюдается несколько ФП в решетке ЦМД (рис. 5), близости от Tc имеется монодоменная область, где при которых каждый раз увеличиваются параметры Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Решетки цилиндрических магнитных доменов вблизи точки компенсации Из изложенного выше следует, что характер ФП в решетке при удалении от Tc одинаков как для „высокотемпературной“, так и для „низкотемпературной“ ветви. При приближении к Tc в решетке наблюдается ряд ФП, при которых увеличиваются параметры решетки и уменьшается число ЦМД. Затем происходит коллапс решетки, появляются одиночные ЦМД, и наконец наступает монодоменность.

Таким образом, измерения в пленке № 3, позволившие изучить изменение ДС как при T < Tc, так и при T > Tc, приводят к следующему выводу: поведение решетки ЦМД при приближении к Tc как со стороны низких, так и со стороны высоких температур одинаково. То же самое можно сказать и в случае, когда рассматривается поведение решетки ЦМД при удалении от Tc.

Пленка № 4 отличается от остальных пленок тем, что Рис. 4. Температурные зависимости намагниченности насыее точка компенсации расположена вблизи TN (рис. 6).

щения 4MS (1), характеристической длины l (2) и параметра С увеличением температуры от комнатной до Tc наблюрешетки ЦМД a (3) для пленки № 2.

дается ряд ФП в решетке ЦМД, при которых параметр a решетки увеличивается и число ЦМД уменьшается (рис. 6). Но в отличие от ФП, происходящих при приближении к Tc в других пленках, в этой пленке размер ЦМД d увеличивается очень сильно, т. е. они почти соприкасаются и ДС превращается в блоки тесно расположенных ЦМД. Это похоже на ФП в сотовой структуре, индуцируемые увеличением поля смещения при постоянной температуре [13]. Температурные интервалы устойчивости решеток очень маленькие (рис. 6), монодоменность наступает при 320 K. Затем при охлаждении пленки и удалении от Tc появляются страйпы.

После действия Hp формируется решетка ЦМД, которая при охлаждении пленки сохраняется в некотором интервале температур. Затем в решетке происходит ФП, при котором она переходит в двухфазную структуру:

блоки решетки с меньшими параметрами, разделенные страйпами. При воздействии Hp решетка с меньшими Рис. 5. Температурные зависимости намагниченности насыпараметрами занимает всю площадь пленки. Как видщения 4MS (1), характеристической длины l (2) и параметра решетки ЦМД a (3) для пленки № 3.

решетки и уменьшается число ЦМД. Затем происходит низкотемпературный коллапс решетки, но появляются одиночные ЦМД, и наконец, наступает монодоменность.

Далее при удалении от Tc появляется полосовой домен, а затем одиночные ЦМД. Под действием Hp из них формируется гексагональная решетка ЦМД, в которой при дальнейшем увеличении температуры происходит ФП в двухфазную структуру с сохранением общего числа доменов.

На „низкотемпературной“ ветви (рис. 5) при понижении температуры после монодоменности появляется полосовой домен, а затем одиночные ЦМД. Под действием Hp формируется решетка ЦМД. При удалении от Tc решетка распадается на блоки новой решетки Рис. 6. Температурные зависимости намагниченности насыс меньшими параметрами, разделенные страйпами, т. е.

щения 4MS (1), характеристической длины l (2) и параметра происходит ФП в двухфазную структуру. решетки ЦМД a (3) для пленки № 4.

8 Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 1650 Ю.А. Мамалуй, Ю.А. Сирюк, А.В. Безус но из рис. 6, при понижении температуры параметры решетки после каждого ФП уменьшаются, а интервал устойчивости увеличивается.

2. Обсуждение результатов На основании вышеописанных экспериментов можно сделать следующие выводы.

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.