WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 1998, том 40, № 10 Трехмерные диаграммы существования индуцированных ангерных состояний многодоменной магнитной среды © Г.С. Кандаурова, А.А. Русинов Уральский государственный университет, 620083 Екатеринбург, Россия E-mail: Gerta.Kandaurova@usu.ru (Поступила в Редакцию 9 февраля 1998 г.) Впервые построены и изучены области существования ангерных состояний в пленке феррита–граната в пространстве трех управляющих параметров: частота переменного поля, его амплитуда и напряженность постоянного поля смещения. Показано, что в разных областях динамические спиральные домены существенно различаются по конфигурации и своим свойствам. Для характеристики благоприятных условий формирования спиральных доменов введен количественный параметр, связанный со скоростью движения доменных стенок и ”рыхлостью” динамического массива магнитных доменов.

В работах [1,2] сообщалось о новом явлении, суть тическое поле насыщения Hs. Оно определялось на опыкоторого состоит в том, что в многодоменных маг- те как поле, в котором при квазистатическом намагничинитных пленках под действием пространственно-одно- вании происходит коллапс основной массы цилиндричеродного, непрерывно действующего, низкочастотного ских магнитных доменов (ЦМД).1 Оставшиеся несколь( f = 102-104 Hz) переменного магнитного поля мо- ко ЦМД (”зацепившиеся” за дефекты или ”жесткие” гут возникать устойчивые, упорядоченные динамические ЦМД) не принимались во внимание. Домены выявлялись доменные структуры в виде спиральных или кольцевых с помощью магнитооптического эффекта Фарадея и доменов. Состояние, при котором происходит динами- фотографировались со временем экспозиции ex = 1ms.

ческая самоорганизация в хаотически движущейся си- Диаграммы ( f - H0 - Hb) строились следующим стеме магнитных доменов в [3] было названо ангерным образом. Для получения однотипного исходного состосостоянием (АС). В работе [2] впервые была построена яния образцы размагничивались переменным полем с амплитудно-частотная ( f - H0) область формирования f = 50 Hz и плавно уменьшающейся до нуля амплитудой упорядоченных структур, т. е. область существования АС. от H0 > Hs. Затем устанавливалось некоторое значение Влияние постоянного подмагничивающего поля (поля Hb и при Hb = const, описанным в [2] способом, смещения Hb) на спиральные динамические домены определялась двумерная ( f -H0) область существования (СДД) в АС пленок ферритов–гранатов исследовалось АС. Далее процедура повторялась при другом Hb и т. д.

в [3]. Было установлено, что поле Hb, составляющее от- Величина Hb менялась с шагом 0.5 Oe.

носительно небольшую часть от амплитуды H0 перемен- Результаты, полученные после компьютерной обраного поля (10–20%), полностью разрушает АС. Однако ботки экспериментальных данных, проиллюстрируем на в [4] показано, что более сильные подмагничивающие примере пленки (YLuBi)3(FeCa)5O12, имеющей толщину поля Hb способны создавать новые ангерные состояния и L = 9.5 µm, статическое поле насыщения Hs = 50 Oe, натакие СДД, какие не наблюдаются в отсутствие поля Hb. магниченность насыщения Js = 11 G, после анизотропии Таким образом, постоянное магнитное поле смещения HA = 13 kOe и период полосовых доменов в исходной Hb, наряду с амплитудой H0 и частотой f переменно- доменной структуре P0 = 33 µm. Эти результаты го поля, становится третьим управляющим параметром представлены на рис. 1. Видно, что в пространстве открытой термодинамической системы, какой является R( f - H0 - Hb), при положительном поле смещения Hb исследуемый образец. Отсюда следует необходимость имеются четыре объемные фигуры2 — области, внутри анализа трехмерных ( f - H0 - Hb) диаграмм состояния которых существуют АС. Здесь реализуются переходы динамической системы магнитных доменов. В данной хаос/порядок, возникают СДД, ”живут” некоторое время работе впервые построены такие диаграммы для магни- Tg, исчезают, снова формируются и так до тех пор, тоодноосных пленок ферритов–гранатов с перпендику- пока действует поле накачки и остается постоянной лярной анизотропией. Выделены области АС и изучены температура. Эти области, обозначенные на рис. 1 как свойства спиральных доменов в этих состояниях. R0, R1, R2, R3, значительно разнесены по шкале частот. В Образцами служили эпитаксиальные пленки с Системы ЦМД в образце создавались путем воздействия полем обычной лабиринтарной доменной структурой (ДС), H, частота и амплитуда которого соответствовала ( f - H0) области описываемой моделью Киттеля. Переменное поле существования решетки ЦМД на динамической доменной фазовой диаграмме (см. [5]). Если определять Hs по исчезновению последних H = H0 sin 2 ft и постоянное поле Hb ориентировались полосовых доменов, концы которых оказываются, как правило, закрепо нормали к пленкам, т. е. вдоль их оси легкого намагнипленными на дефектах или краях образца, то Hs оказывается на 10% чивания. Управляющие параметры варьировались в пребольше, чем Hs, определенное по коллапсу ЦМД.

делах: f = 0-140 kHz, H0 = 0-100 Oe, Hb = 0-80 Oe.

Для наглядности мелкие изгибы на поверхностях фигур не деталиВажной характеристикой каждого образца является ста- зированы.

7 1866 Г.С. Кандаурова, А.А. Русинов Рис. 1. Области существования спиральных динамических доменов в основном (R0) и индуцированных полем смещения (R1, R2, R3) ангерных состояниях пленки феррита-граната.

случае отрицательных полей смещения (-Hb) наблюда- тром СДД (рис. 2, a), который может достигать 1.5 mm.

ется картина подобная рис. 1, но зеркально отраженная Период полосовых доменов в витках P = 1.3P0 = 42 µm.

относительно плоскости Hb = 0. Таким образом, с Видно, что витки СДД имеют изломы. Они похожи учетом обоих знаков поля Hb, имеем для данного образца на многоугольники. Такие спирали подробно изучены семь областей АС. Только в одной из них — R0 ангерное в [6]. Эффект ”изломов” связан, возможно, с тем, состояние существует в отсутствие поля смещения, в что при условиях опыта, соответствующих рис. 2, a, других — R1, R2 и R3 — лишь в присутствии поля Hb. проявляется наложение слабой естественной кубической Поэтому первое естественно назвать основным АС, а анизотропии на сильную наведенную перпендикулярную остальные — индуцированными ангерными состояния- анизотропию. В этом случае и плотность граничной энерми — АС(и). гии [7] и коэрцитивность доменных границ могут иметь По конфигурации и динамическому поведению спи- азимутальную зависимость, в большей или меньшей стеральные домены в областях R0, R1, R2, R3 весьма различ- пени отражающую кристаллографическую симметрию ны. На рис. 2, a–d приведены фотографии спиральных пленки. Среднее время жизни данных СДД составляет доменов, типичных для областей R0, R1, R2, R3. Соответ- 1.5 s, при этом спирали перемещаются в среднем со ственно этим картинам на рис. 3, a–d схематично пока- скоростью 2 mm/s.

заны соотношения между полями Hs, Hb и суммарным В R1 (рис. 1) формируются крупные, с гладкими полем (H = Hb + H0 sin 2 ft), а также между временем витками долгоживущие (Tg достигает 2 min) СДД с экспозиции ex и периодом переменного поля T. Из большим ядром (рис. 2, b). Максимальный размер ядра сравнения T и ex следует, что рис. 2, a, c, d иллюстриру- может быть 300 µm. Внешний диаметр спиралей ют усредненные по времени картины динамической ДС. составляет 0.7-1.2 mm. Период витков в среднем равен В случае рис. 2, b (см. схему на рис. 3, b) интервал за- P = 1.4P0 = 47 µm. Такие СДД практически стоят на светки ex может попадать на разные участки синусоиды месте в течение своей жизни Tg, но при этом внутри H(t). Если ex приходится на верхнюю (или нижнюю) ядра визуально наблюдается интенсивное хаотическое часть синусоиды, то на фотографиях ДС виден эффект движение свободного конца полосового домена, включая суммарной намагниченности — площадь ”черных” (или расщепление его на несколько отростков (рис. 2, b).

”белых”) доменов больше, чем площадь доменов другой Время заметного изменения положения этого конца полярности. Если ex попадает на интервал, где H значительно больше ex и периода переменного поля T, меняет знак, то становится заметным дополнительно поэтому на рис. 2, b видна четкая картина ДС внутри третий — серый контраст [3]. Он связан с колебаниями ядра СДД.

границ в СДД и удлинением/сжатием концов полосовых Для R2 (рис. 1) типично образование плотных систем доменов за время ex. спиральных доменов (рис. 2, c). Поэтому и спирали и их В R0 (рис. 1) многовитковые спирали имеют неболь- ядра деформированы. В то же время сжатия витков, как шое ядро (Dn < 80 µm) по сравнению с внешним диаме- это наблюдалось в [1,3], здесь не заметно. Такие СДД Физика твердого тела, 1998, том 40, № Трехмерные диаграммы существования индуцированных ангерных состояний многодоменной... Рис. 2. Спиральные динамические домены в основном (a) и индуцированных полем смещения (b–d) ангерных состояниях при f (kHz), H0 (Oe) и Hb (Oe), соответственно равных: a — 3, 43 и 1.5, b — 0.3, 14 и 30, c — 20, 19 и 24, d — 60, 18 и 35.

Намагниченность в соседних доменах направлена ”к нам” и ”от нас”.

имеют максимальный внешний диаметр около 0.7 mm. ся, вращаются случайным образом. Средняя скорость Размеры ядра составляют в среднем 0.2 mm. Витки СДД поступательного движения СДД, как целого, составляет имеют гладкую форму, плотно упакованы, расстояние 1.5 mm/s.

между ними P = 1.1P0 = 37 µm. В области R2 СДД Известно [3], что при Hb =0 в основном АС (рис. 1, более подвижны, чем в R1, меньше живут (Tg < 2s). область R0) с одинаковой вероятностью возникают СДД, Они хаотично перемещаются (”плавают”) со скоростью закрученные по часовой стрелке (топологический заряд порядка 1 mm/s. Внутри ядра и на периферийных витках +q), или против нее (заряд -q). Включение поля видны периодические искажения в ширине полосового смещения Hb приводит к преимуществу СДД с одним домена. Это указывает либо на неоднородное или вол- знаком q. Например, при +Hb большая часть СДД имеет нообразное движение доменных границ за время экспо- +q, а при -Hb — наоборот. В случае индуцированных зиции ex, либо на образование цепочек цилиндрических АС (рис. 1, R1, R2, R3) мы не заметили значительного доменов. преимущества СДД с одним каким-то знаком q.

В области R3 (рис. 2, d) также виден ”эффект перетя- Следует упомянуть, что во всех вышеописанных сижек”. Этот эффект может быть вызван появлением более туациях в данном образце формируются в основном высоких гармоник в колебаниях доменных стенок или однорукавные СДД, двухрукавные СДД встречаются знаобразованием блоховских линий [8]. Здесь в R3 форми- чительно реже. Внешние витки спиралей, как правило, руются СДД, имеющие внешний диаметр менее 0.7 mm переходят в полосовые домены окружающего доменного и небольшое ядро (Dn = 0.1mm). Период доменов в хаоса. Не обнаружено явной связи ядра СДД с видимыми витках СДД равен P = 1.4P0 = 47 µm. Из-за большого микроскопическими дефектами в образце. Кроме того, превышения величины Hb над H0 (Hb =(1.5-2)H0, см. отметим, что при резком выключении переменного поля схему на рис. 3, d), усредненная по времени картина спиральные домены сохраняются в постоянном поле ДС соответствует частично намагниченному состоянию H = Hb, а с изменением этого поля ведут себя как (суммарная площадь ”черных” доменов явно больше обычные статические спиральные структуры [9]. Это площади ”белых”, а при Hb < 0 наоборот). Что касается означает, что АС(и), так же как и исследованные подинамики спиралей, то эти ”рыхлые” СДД — наиболее дробно в [1–5] АС, хотя и относятся к состояниям авподвижные структуры из всех описанных выше. Они товолнового типа, но СДД не тождественны спиральным меньше ”живут” (Tg < 1s), интенсивнее перемещают- автоволнам [10].

7 Физика твердого тела, 1998, том 40, № 1868 Г.С. Кандаурова, А.А. Русинов азимутального углов, определяющих ориентацию векторов Js в движущейся магнитной неоднородности — доменной стенке. Равенство нулю любого из этих градиентов приводит к Fg = 0. И наоборот, чем больше значение G, тем больше Fg. Величина G зависит от скрученности стенки, от количества и знака блоховских линий (БЛ) и блоховских точек в ней. Для замкнутого домена произвольной формы имеется прямая связь между G (а значит, и Fg) и эффективным числом полных оборотов Js в стенке домена.

У нас нет информации о внутренней структуре доменных границ в исследуемых СДД. То, что доменные стенки в пленках ферритов–гранатов в переменном магнитном поле могут содержать БЛ разного типа, следует из многих экспериментальных и теоретических работ (см., например, [8]). Можно предположить, что СДД формируются именно из жестких ЦМД со сложной внутренней структурой доменных стенок и с большим значением вектора G. Такой домен находится в метастабильном состоянии и при снижении поля начинает переходить в полосовой домен раньше, чем обычные ”мягкие” ЦМД. Возможно симметричное распределение БЛ и симметричное ”растягивание” ЦМД в полосовой домен с образованием двухрукавного СДД. Но более вероятно несимметричное искажение, вытягивание ЦМД и образование однорукавных СДД.

Рис. 3. Схемы, иллюстрирующие соотношение периода переменного поля T и времени экспозиции при фотографировании динамической доменной структуры ex, напряженности постоянного поля смещения Hb и переменного поля H. a–d соответствуют случаям, показанным на рис. 2, a–d.

Анализируя результаты наблюдений, можно сделать некоторые предположения об условиях формирования СДД. Из рис. 3 видно, что во всех случаях возникновения АС, АС(и) и СДД амплитудные значения H близки к Hs — полю насыщения. Ранее [9,11] также было показано, что СДД формируются в интервале полей между коллапсом ЦМД (при намагничивании) и полем скачкообразного зарождения и формирования массива полосовых доменов (при снижении поля). Это область треугольной части верхушек динамических петель гистерезиса [12,13]. Скорее всего, СДД образуются при переходе жестких ЦМД в полосовой домен.

На движущуюся со скоростью V ”головку” этого домена действует гиротропная сила Fg, перпендикулярная скорости. Следуя [14], для случая не слишком больших скоростей представим Fg в виде Fg =Js[G · V]/, (1) где — гиромагнитное отношение, G — результирующий гиротропный вектор, равный G = g · V. Здесь Рис. 4. Изменение относительных величин H/Hs, V /V0 (a), g = - sin [·] — плотность гиротропного вектора, P/P0 (b) и параметра (c) со временем за один период T и — градиенты, соответственно, полярного и переменного поля H.

Физика твердого тела, 1998, том 40, № Трехмерные диаграммы существования индуцированных ангерных состояний многодоменной... Рис. 5. Процесс образования спирального домена при уменьшении постоянного поля Hb (Oe): a — 55, b — 32, c — 31, d — 30, e — 28. Точки на схеме f соответствуют картинам доменной структуры.

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.