КРИСТАЛЛОГРАФИЯ, 2004, том 49, № 4, с. 743-746
ДИНАМИКА РЕШЕТКИ ^^^^^^^^^^^^ И ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ
УДК 538.6
ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В СТРУКТУРАХ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ МАГНИТНЫМИ ДОМЕНАМИ ПРИ СПИНОВОЙ ПЕРЕОРИЕНТАЦИИ ВБЛИЗИ ТЕМПЕРАТУРЫ КОМПЕНСАЦИИ В ФЕРРИТ-ГРАНАТОВЫХ ПЛЕНКАХ
© 2004 г. Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сиршк, А. В. Безус
Донецкий национальный университет, Украина E-mail: uam.@mail.donbass.com Поступила в редакцию 31.01.2003 г.
На одноосной пленке феррит-граната (BiTm)3(FeGa)5O12 с точкой компенсации 120 К экспериментально исследовано поведение гексагональной решетки цилиндрических магнитных доменов в области изменения анизотропии от оси легкого намагничивания к плоскости легкого намагничивания. Показано, что спиновая переориентация происходит в интервале температур 185-160 К, в котором наблюдается сосуществование угловых фаз Ф^^ или Ф^^ и осевой Ф(Ш>. При 172 К, когда процентное соотношение угловой и осевой фаз одинаково, происходит скачок параметров решетки цилиндрических магнитных доменов и ширины доменной границы. При T < 160 К имеется лишь плоскостная фаза.
В одноосных пленках феррит-гранатов при изменении температуры наблюдаются спин-пере-ориентационные фазовые переходы (СПФП), сопровождающиеся изменением ориентации намагниченности от оси (111). При СПФП происходит перестройка доменной структуры (ДС) пленки. В [1, 2] исследования доменной структуры при СПФП проведены на тонкой феррит-гранатовой пленке визуально с помощью магнитооптического эффекта Фарадея, параметры ДС типа "серпантин" определялись методом магнитооптической дифракции. Обнаружено, что переориентация намагниченности в доменах ведет к скачкообразному увеличению периода доменной структуры, СПФП от анизотропии типа "легкая ось" к анизотропии типа "легкая плоскость" осуществляется безгистерезисно, но в интервале температур около 3 К сопровождается сосуществованием двух фаз.
Кроме области СПФП существенные изменения ДС феррит-гранатов наблюдаются в окрестности температуры магнитной компенсации (Тк). Наиболее интересная ситуация наблюдается тогда, когда температура СПФП и Тк близки или совпадают. В [3, 4] приведены результаты исследований ДС в интервале температур, захватывающем области Тк и СПФП, как в отсутствие внешнего магнитного поля (спонтанные переходы), так и в магнитных полях различной величины (индуцированные переходы). В [3] ДС изучалась с помощью магнитооптического эффекта Фарадея с идентификацией фаз методом цветового контраста. В [4] при изучении ДС установлено, что для
Бг3Ре5012 температура СПФП 1-го рода между фазами с ориентацией намагниченности вдоль (111) и (100) совпадает с Тк. В [3] для замещенного эрбиевого граната также установлено, что интервалы магнитной компенсации накладываются друг на друга.
В данной работе поставлена задача экспериментально исследовать поведение гексагональной решетки цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) при изменении температуры пленки в области спиновой переориентации вблизи Тк. Исследование проводилось при комнатной температуре на одноосной пленке феррит-граната (Б1Тш)3(Рева)5012 с 4кЫ5 = 160 Гс, в которой можно было сформировать решетку ЦМД. Ось (111) перпендикулярна плоскости пленки. Решетка цМд формировалась монополярным импульсным магнитным полем с частотой 400 Гц и амплитудой 60 Э при отсутствии поля смещения, затем поле выключалось. Спиновая переориентация в пленке происходила в области температур 185160 К при точке компенсации Тк = 120 к. Доменная структура наблюдалась с помощью эффекта Фарадея. Цветовая регистрация СПФП проводилась визуально.
Существует два способа изучения характеристик решетки ЦМД. Первый - решетка формируется при различных температурах. При этом получают графики а(Т) и й(Т), которые являются непрерывными функциями температуры, где а -период решетки, й - диаметр ЦМД. Такие решетки являются равновесными при температуре формирования, т.е. их параметры отвечают ми-
Рис. 1. Доменная структура пленки (BiTm^FeGa^O^ при различных температурах: а - 300, б - 215, в - 172, г - 172, д - 205 К.
нимуму энергии. Параметр у = й/а = 0.74 остается постоянным на всем температурном интервале, где может существовать равновесная решетка [5]. Иной характер зависимостей а(Т) и й(Т) будет наблюдаться, если решетку ЦМД формировать при некоторой фиксированной температуре, а затем изменять температуру пленки. При этом решетка сохраняется в некотором температурном интервале, затем происходит спонтанный фазовый переход (ФП) к решетке с новыми параметрами, соответствующими равновесной решетке при температуре перехода. Такой способ использовался в настоящей работе.
Рассмотрим ФП в решетке ЦМД, вызванные изменением температуры, при охлаждении пленки. Решетка была сформирована при Т = 300 К (рис. 1а). При этом в пленке наблюдались две
коллинеарные магнитные фазы, векторы намагниченности которых перпендикулярны плоскости пленки: Ф1(111) - оранжевого цвета ЦМД и
Ф2( 111) - коричневое поле. Решетка с а = 18 мкм сохранялась до 215 К, т.е. величина параметра а оставалась постоянной. Затем происходил ФП к новой решетке с большим параметром, при этом одни ЦМД сжимались и исчезали, а другие увеличивались в диаметре и занимали места соседних (рис. 16). После воздействия импульсным полем образовывалась равновесная решетка ЦМД с большим параметром а = 25 мкм и меньшим числом ЦМД. Магнитные фазы Ф1 и Ф2 сохранялись. При 185 К некоторые участки поля изменяли цвет с коричневого на зеленый, а некоторые ЦМД с оранжевого на белый, что свидетельствовало о начале процесса спиновой переориентации
ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В СТРУКТУРАХ
и появлении двух новых фаз, векторы намагниченности которых направлены под углом к плоскости пленки: Ф3( 111) - белый цвет ЦМД и
Ф4( 111) - зеленое поле. При 172 К решетка ЦМД коллапсировала (рис. 1в). Импульсным полем вновь создавалась решетка с параметром а = 118 мкм (рис. 1г) и широкой очень контрастной доменной границей (ДГ). При этом скачком изменялся размер ЦМД: диаметр вырос в 3 раза по отношению к его величине при 185 К. Также скачком изменялась ширина ДГ, она выросла в 5 раз по сравнению с ее величиной при 185 К. Наблюдалось наличие всех четырех фаз, причем площадь Ф3 и Ф4 равна площади Фх и Ф2 (рис. 2). При понижении температуры соотношение площадей изменялось в пользу фаз Ф3 и Ф4, зеленая компонента все больше заполняла поле, вытесняя коричневый цвет, практически все ЦМД становились белыми. При Т2 = 160 К на ярко-зеленом поле наблюдались большого размера изолированные ЦМД ярко-белого цвета с резко выраженной широкой темной ДГ, т.е. присутствовали только две угловые фазы Ф3 и Ф4. При 158 К ЦМД становились неустойчивыми и постоянно дрейфовали с изменением формы. При этом ширина ДГ на разных участках домена оказывалась разной. При дальнейшем понижении температуры контрастность ухудшалась вследствие уменьшения фара-деевского вращения, и при 150 К ДС уже не наблюдалось. Это может свидетельствовать о появлении плоскостной анизотропии, т.е. о наличии только магнитной фазы Ф5.
В процессе нагревания пленки при 155 К появлялся большого размера полосовой домен неопределенного белесого цвета. В результате действия импульсного поля при 160 К образовывались неустойчивые изолированные ЦМД белого цвета на зеленом фоне, т.е. появлялись фазы Ф3 и Ф4, при этом наблюдалось незначительное присутствие оранжевого и коричневого цвета (фазы Фх и Ф2). При нагревании пленки до 172 К ЦМД теряли свою форму, превращаясь в страйпы. Импульсным полем при 172 К формировалась решетка ЦМД с меньшим параметром а = 166 мкм и узкими ДГ. При дальнейшем нагревании пленки можно было наблюдать, как на некоторых белых ЦМД появлялся местами оранжевый цвет, а зеленое поле участками приобретало коричневый цвет, т.е. увеличивалась площадь фаз Фх и Ф2. При 185 К практически не наблюдался белый и зеленый цвет, т.е. угловые фазы Ф3 и Ф4 исчезали, ЦМД теряли свою форму, решетка ЦМД разрушалась. При 185 К импульсным полем формировалась новая решетка, с меньшим параметром а = 120 мкм, в которой присутствовали только коллинеарные фазы Фх и Ф2 (оранжевые ЦМД и коричневое поле), и такая решетка сохранялась
745
5(Ф3 + Ф4ЩФх + Ф2 + Ф3 + Ф4)
0.5
Т3 Т2 ТСПФП Т1
Рис. 2. Зависимость соотношения между площадями
S, занимаемыми доменными фазами Ф^ Ф2, Ф3, Ф4, от
температуры.
до 205 К. Затем решетка распадалась на разделенные страйпами блоки новой решетки ЦМД, с меньшим параметром а = 40 мкм, соответствующим равновесной решетке при данной температуре (рис. 1д). Такая ситуация означает ФП с сохранением числа доменов. Под действием импульсного поля решетка с меньшим параметром занимала всю видимую область пленки. При удалении от ТК наблюдалось несколько ФП такого вида.
Обобщить результаты можно следующим образом. В области температур выше Т1 (рис. 2) существуют две магнитные коллинеарные фазы
Ф1<111) и Ф2( 111). В этой области формируется гексагональная решетка ЦМД с параметром равновесия у = 0.74 и узкими блоховскими ДГ. Решетка остается стабильной в определенном температурном интервале. На одном конце интервала стабильности в случае приближения к ТК происходит ФП к равновесной решетке ЦМД с большими параметрами, сопровождающийся коллапсом части доменов. На другом конце интервала стабильности при удалении от ТК происходит ФП от решетки ЦМД к двухфазной структуре, состоящей из блоков новой решетки ЦМД и областей страйп-доменов с сохранением общего числа доменов. При качественном различии оба ФП в решетке происходят спонтанно, скачком при изменении температуры в 2-3 К. При этом наблюдается гистерезис: температуры распада решетки ЦМД и характер этого распада при нагревании и охлаждении пленки не совпадают.
В области температур Т1 - Т2 (рис. 2) сосуществуют четыре магнитные фазы: коллинеарные
Ф^Ш), Ф2< 111) и угловые Ф3< 111), Ф4< 111). При ТСПФП = 172 К процентное содержание фаз одинаково. При этом вследствие изменения параметров а и й происходит скачок фазового объема
150 155 160 170 180 185 190 Т, К
в решетке ЦМД. Параметр равновесия решетки у уменьшается от величины 0.74 до 0.45. В области температур Т1 - ТСПФП ширина ДГ постепенно
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.