ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2010, том 74, № 10, с. 1480-1482
УДК 537.611,538.955
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ДИНАМИКИ ДОМЕННЫХ ГРАНИЦ В ПЛЕНКАХ ФЕРРИТОВ-ГРАНАТОВ В БОЛЬШИХ
ПЛОСКОСТНЫХ ПОЛЯХ © 2010 г. M. В. Четкин, Ю. Н. Курбатова, Т. Б. Шапаева
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова E-mail: chetkin@magn.ru
Динамика доменных границ в пленках ферритов-гранатов с ориентацией (111) была исследована методом двукратной цифровой высокоскоростной фотографии. Эксперименты проводили в присутствии плоскостного магнитного поля, близкого по величине к полю анизотропии.
В [1] методом высокоскоростной фотографии была получена линейно возрастающая зависимость скорости движения доменной границы V от величины продвигающего импульсного магнитного поля Нимп. При этом максимальная скорость движения ДГ, наблюдаемая авторами, составляла 1.6 км • с-1. Используя метод коллапса ЦМД, авторы [2, 3] получили несколько иной характер зависимости V(H). Сначала скорость движения границы линейно возрастала с ростом продвигающего поля, затем достигала насыщения на уровне нескольких десятков м • с-1. В [4, 5] описаны линейно возрастающие зависимости скорости движения доменной границы от величины продвигающего магнитного поля, на которых имелся участок с нулевой дифференциальной подвижностью. При этом максимальное значение скорости составляло 70 м • с-1 [4] и 250 м • с-1 [5], а горизонтальный участок зависимости имел место при скоростях движения 10 и 100 м • с-1 соответственно. Подробное описание экспериментальных и теоретических результатов по динамике доменных границ в пленках ферритов-гранатов приведено в обзоре [6]. Авторы [5] обнаружили, что при определенных условиях видимая ширина ДГ может увеличиваться. В этом случае доменная граница становится диффузной. Для достижения скоростей движения ДГ выше скорости Слончевского в [2, 3] было использовано постоянное магнитное поле, ориентированное в плоскости образца вдоль нормали к плоскости доменной границы. Значение этого поля составляло несколько сот Эрстед и было мало по сравнению с полем анизотропии.
Результаты, представленные в настоящей работе, продолжают описанные выше эксперименты. Динамику доменных границ в пленках ферритов-гранатов исследовали с помощью метода двукратной высокоскоростной цифровой фотографии [7]. Эксперименты проводили в присутствии постоянного магнитного поля, ориентированного в
плоскости образца вдоль нормали к плоскости доменной границы. Величина этого поля доходила до 90% от поля анизотропии образца.
В работе представлены результаты исследований динамики одиночной прямолинейной ДГ в эпитаксиальных пленках граната BiYFeGa с ориентацией (111) в присутствии плоскостного магнитного поля, направленного вдоль нормали к плоскости доменной границы. Поле перпендикулярной анизотропии образцов не превышало 6 кЭ. Одиночную ДГ создавали с помощью градиентного магнитного поля, перпендикулярного поверхности пленки, значением 6 • 103 Э • см-1. Динамическую доменную границу освещали импульсами красного света лазера длительностью 0.25 нс, задержанными друг относительно друга на 6-14 нс. Импульсные магнитные поля Нимп, продвигающие ДГ, имели амплитуду до 800 Э. Использованный нами метод исследования позволял фиксировать динамическую ДГ и определять не только скорость ее движения, но и ее видимую ширину в процессе движения.
Фотосъемку проводили как в контрасте ДГ, так и в контрасте доменов. На фотографиях, представленных на рис. 1, доменная граница движется слева направо. При движении ДГ со скоростями, меньшими некоторой критической величины Vmax, видимая ширина границы не превосходит нескольких микрон. С ростом скорости движения ДГ становится диффузной и ее видимая ширина возрастает. На фотографии, представленной на рис. 1б, размытый правый край черной полосы свидетельствует о том, что доменная граница в этом положении уже стала диффузной.
По фотографиям, аналогичным представленным выше, были получены зависимости скорости движения для диффузной и недиффузной ДГ от величины продвигающего магнитного поля при различных значениях постоянного магнитного поля Нр1 (рис. 2). С ростом величины импульсного
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ДИНАМИКИ ДОМЕННЫХ ГРАНИЦ
1481
100 мкм
Рис. 1. Двукратные фотографии доменной границы, движущейся слева направо со скоростями: а
2.4 км • с 1 (Нр1 = 3.4 кЭ; Нимп = 80 э); о — ю км • с _ (Нр1 = 2 кЭ; Нимп = 500 Э), в пленке феррита-граната.
V, км • с 10
8
6
4
2
♦ ♦
♦□□ сш □ □ □ □ ° п
0 200 400 600
V, км • с-1 4
3 -
800 1000 Н Э
-"имш ^
2 -
1 -
80 Э); 0 — 10 км • с-
100 200 300 400 500 600 700
Н Э
"имп' ^
Рис. 2. Зависимость скорости движения доменной границы от величины импульсного магнитного поля в присутствии постоянного плоскостного магнитного поля: а — Нр1 = 1.3 кЭ (Ж,Л), 1.9 кЭ (■, □) для диффузной (Л, □) и недиффузной (Ж, ■) доменной границы; 0 — Нр1 = 0.9 кЭ (•), 1.3 кЭ(Ж), 1.9 кЭ (■), 2.5 кЭ (х), 2.9 кЭ(+), 3.4 кЭ (♦), 3.9 кЭ (*), 4.9 кЭ (О) для недиффузной доменной границы. Непрерывные кривые соответствуют зависимостям, построенным согласно формуле (1) для различных значений Утах.
а
0
магнитного поля скорость движения ДГ сначала монотонно возрастала, достигала некоторой критической скорости Утах, которая оставалась неизменной при увеличении продвигающего магнитного поля Нимп вплоть до некоторого значения. При дальнейшем возрастании импульсного магнитного поля скорость движения ДГ увеличивалась, а сама граница становилась диффузной (рис. 2а, □ и О). Следует отметить, что в некотором интервале импульсных полей при одном и том же значении продвигающего магнитного поля Нимп на ДГ можно наблюдать как диффузные, так и недиффузные участки. Причем недиффузная граница движется со скоростью, близкой по значению к Утах, а скорость диффузной ДГ значительно превышает указанную величину. Это в
первую очередь может быть связано с тем, что при движении прямолинейной ДГ в больших импульсных магнитных полях на ее пути нередко возникают ЦМД. Их ДГ не являются диффузными, и скорость их движения не превосходит Утах. Одновременно с возникновением и расширением ЦМД прямолинейная ДГ, став диффузной, продолжает свое движение со скоростью, большей Утах. Возможность сверхзвукового движения доменной границы в пленках феррита-граната при определенных условиях была предсказана теоретически в [8].
Зависимость скорости движения ДГ от величины продвигающего магнитного поля Нимп для недиффузной границы в [9] описывается уравнением
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 74 № 10 2010
1482
ЧЕТКИН и др.
V(Hимп) =■
УНи
h + I yHимп
(1)
где ц - подвижность доменной границы. Авторы сравнивали свои теоретические расчеты с экспериментальными данными, представленными в [10], где максимальная скорость движения ДГ не превышала 1 км • с-1.
Из рис. 2б видно, что характер зависимостей ^#имп) не меняется для различных величин плоскостных магнитных полей. Значение скорости Vmax возрастает с ростом величины Нр1 и стремится к скорости звука в ферритах-гранатах при приближении величины плоскостного поля к полю анизотропии материала. С ростом величины плоскостного поля уменьшается интервал значений Нимп, в котором скорость движения ДГ остается неизменной и равной Vmax.
Влияние постоянного плоскостного магнитного поля на динамику ДГ в пленках ферритов-гранатов описано в целом ряде работ [2, 3]. Однако в указанных экспериментах величина этого поля не превышала 40% от величины поля анизотропии образцов. Наши исследования были проведены в присутствии плоскостных полей, значения которых были очень близки к полю анизотропии пленок.
Постоянное плоскостное магнитное поле стабилизирует структуру ДГ. Именно поэтому значительно возрастает величина скорости движения доменной границы, начиная с которой структура границы перестает быть стабильной. Благодаря
использованию сильных плоскостных полей, близких по величине к полю анизотропии пленок, недиффузная доменная граница двигалась со скоростью, близкой к скорости звука. К сожалению, экспериментальное наблюдение ДГ, движущейся с большой скоростью в присутствии плоскостных полей, близких к полю анизотропии, ограничено снижением контраста доменной структуры.
Авторы выражают искреннюю благодарность сотруднику Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе доктору физико-математических наук В.В. Волкову за предоставленные образцы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рандошкин В.В. // ФТТ. 1995.Т. 37. № 3. С. 652.
2. Боков В.А., Волков В.В., Петриченко Н.Л. // ФТТ. 2002. Т. 44. № 11. С. 2018.
3. Patterson G.N., Giles R.C., Humphrey F.B. // IEEE Trans. Magn. 1991. V. 27. № 6. P. 5498.
4. Иванов Л.П., Логгинов А.С., Непокойчицкий Г.А. // ЖЭТФ. 1983. Т. 84. № 3. C. 1006.
5. Kleparski V.G., Pinter I., Zimmer G.I. // IEEE Trans. Magn. 1981. V. 17. № 6. C. 2775.
6. Боков В.А., Волков В.В. 11 ФТТ. 2008. T. 50. № 2. C. 193.
7. Четкин М.В., Курбатова Ю.Н., Шапаева Т.Б. // ЖЭТФ. 2006. Т. 130. № 1. C. 181.
8. Вахитов Р.М., Ряхова О.Г. // ЖТФ. 2005. Т. 75. № 8. C. 59.
9. Иванов Б.А., Кулагин Н.Е. // ЖЭТФ. 1997. Т. 112. № 3. C. 953.
10. Логунов М.В., Рандошкин В.В., Червоненкис А.Я. // Письма в ЖТФ. 1989. Т. 15. № 9. C. 64.
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 74 № 10 2010
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.