научная статья по теме НЕУПОРЯДОЧЕННЫЕ ДОМЕННЫЕ СТРУКТУРЫ И ДОМЕННЫЕ ГРАНИЦЫ В ТОНКИХ МАГНИТНЫХ ПЛЕНКАХ Физика

Текст научной статьи на тему «НЕУПОРЯДОЧЕННЫЕ ДОМЕННЫЕ СТРУКТУРЫ И ДОМЕННЫЕ ГРАНИЦЫ В ТОНКИХ МАГНИТНЫХ ПЛЕНКАХ»

МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА "Упорядочения в минералах и сплавах" ОМА-10 (Ростов-на-Дону, сентябрь 2007)

Сопредседатели Оргкомитета симпозиума "Упорядочения в минералах и сплавах" ОМА-10 доктор физ.-мат. наук Ю.М. Гуфан и

академик РАН Ю.А. Изюмов

Материалы симпозиума "Упорядочения в минералах и сплавах" ОМА-10 под общей редакцией доктора физ.-мат. наук В.П. Сахненко

ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2008, том 72, № 8, с. 1088-1090

УДК 537.611.3

НЕУПОРЯДОЧЕННЫЕ ДОМЕННЫЕ СТРУКТУРЫ И ДОМЕННЫЕ ГРАНИЦЫ В ТОНКИХ МАГНИТНЫХ ПЛЕНКАХ

© 2008 г. А. В. Безус, Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сиршк

Донецкий национальный университет, Украина E-mail: julia@sktel.com.ua

Изучено поведение неупорядоченной доменной структуры (ДС) и доменных границ (ДГ) при изменении температуры и магнитного поля. Для объяснения экспериментальных результатов применено понятие магнитостатического давления. Показано, что "эффект памяти" и интервал устойчивости ДС при изменении температуры или магнитного поля зависят от степени неупорядоченности ДС и энергии ДГ.

ВВЕДЕНИЕ

В феррит-гранатовых пленках наблюдается большое многообразие доменных структур (ДС), которое можно разделить на два класса: упорядоченные и неупорядоченные ДС. В упорядоченных ДС имеется дальний порядок в расположении доменов. К таким структурам можно отнести гексагональную решетку цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) (РЦД), сотовую доменную структуру (СДС) и т.д. В неупорядоченных ДС нарушается дальний порядок в расположении доменов. В зависимости от степени нарушения этого порядка неупорядоченную доменную структуру можно разделить на три вида ДС: кластерную, аморфную и ячеистую. Кластерной ЦМД-структурой назовем структуру, состоящую из большого числа блоков рЦд, разориентированных друг относительно друга, или разделенных страйпами. Если число частиц в кластере уменьшается до одного, то она переходит в аморфную структуру. Аморфная структура состоит из ЦМД различных диаметров, хаотически расположенных в пленке. Обе структуры являются неравновесными по концентрации и распределению дефектов.

В работе экспериментально изучено поведение неупорядоченной ДС и особенности ее доменных границ (ДГ) при изменении температуры Т или магнитного поля Н.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Влияние Т на поведение ДС

Сравним температурное поведение РЦД, кластерной и аморфной ДС. Все ДС формировали при Т = 300 К. Исследования проводили на пленке состава (ТтВ1)3(Рева)5О12, имеющей температуру магнитной компенсации Тк = 120 К. При изучении РЦД использовали методику, описанную в [1]. РЦД формировали импульсным магнитным по-

лем (Нимп), перпендикулярным плоскости пленки (рис. 1а). Затем поле выключали. При изменении Т пленки РЦД сохранялась в интервале аТ, на обоих концах которого в РЦД происходили фазовые переходы (ФП) первого рода [1]. В результате ФП при Т1 = 345 К и Т2 = 215 К появлялась неупорядоченная ДС (рис. 16, в), которую тоже можно назвать кластерной.

Аморфную ДС создавали постоянным магнитным полем, приложенным параллельно поверхности пленки (рис. 1г). Если после выключения пла-нарного поля действовали на пленку переменным полем смещения (Н), то диаметры ЦМД становились одинаковыми, и получалась кластерная структура с некоторой разориентировкой блоков рЦд и заметными стыками между блоками (рис. 1д). Поле смещения выключали. При нагревании кластерной ДС на аТ 30 градусов больше, чем РЦД. Это объясняют тем, что ЦМД, находящиеся вблизи изолированного дефекта РЦД, и ЦМД кластерной структуры, находящейся на стыках между блоками, будут расширяться быстрее, чем остальные, так как на них оказывается меньшее магнитостатическое давление [2]. В гексагональной РЦД из-за анизотропии давления расширяющиеся ЦМД превращаются в страйпы, образуя зародыш новой фазы. В кластерной ДС давление в значительной степени изотропно, что приводит к изотропному расширению ЦМД. Поэтому преобразование ЦМД в страйпы затруднено. В [3] теоретически была найдена разность температур распада кластерной и гексагональной ЦМД-структур. Оценка аТ, выполненная в соответствии с [4], дала аТ = 50 К. Таким образом, температура распада кластерной ЦМД-структуры должна превышать температуру распада РЦД.

При охлаждении пленки происходил обратный процесс: страйпы уменьшались в длине и при Т = = 300 К все стянулись в ЦМД, т.е. восстановилась исходная кластерная структура ("эффект памя-

НЕУПОРЯДОЧЕННЫЕ ДОМЕННЫЕ СТРУКТУРЫ И ДОМЕННЫЕ ГРАНИЦЫ

1089

ти"). Итак, в отличие от ФП в РЦД, характеризующихся температурным гистерезисом [1], температурные изменения в кластерной ДС носят обратимый характер. Это объясняется тем, что температура ФП первого рода близка к температуре Нееля Ты. В этой области Т рост давления в кластерной ДС прекращается и начинается его уменьшение, что делает невозможным осуществление перехода, подобного необратимым ФП в

рцд [3].

Аморфная ЦМД-структура при нагревании сохранялась почти до Ты. При охлаждении от Тм снова появлялась аморфная ЦМД-структура. Таким образом, аморфная структура обладает максимальной температурной устойчивостью. Это объясняется тем, что давление в аморфной структуре более изотропно, чем в кластерной, поэтому при увеличении Т появление страйпов в этой структуре невозможно. Даже если бы появились зародыши страйпов, они были бы меньше критического размера, необходимого для данной Т [5].

2. Влияние Н на поведение ДС

Неупорядоченные ДС можно получить в результате индуцированных магнитным полем ФП в РЦД. В пленке состава (У8шЬиСа)3(Ге0е)5012 при

действии на РЦД Н > 0 (Н т4- М - намагниченности внутри ЦМД) диаметр ЦМД уменьшался, а период оставался постоянным. При Н, равном полю коллапса РЦД (Нк), исчезал каждый центральный ЦМД гексагональной упаковки, т.е. в РЦД происходил ФП первого рода. Полученная в результате ФП неупорядоченная ЦМД-структура существовала только при Нк. Ее давление очень маленькое [6], поэтому в структуре появились зародыши страйпов. При уменьшении Н до нуля из этой структуры возникла новая неупорядоченная ДС, состоящая из ЦМД и страйпов. При повторном увеличении Н до Нк страйпы исчезли, и восстановилась исходная неупорядоченная ЦМД-структура. При медленном изменении Н в пределах 0 < Н < Нк можно было переходить из одной неупорядоченной ДС в другую, т.е. неупорядоченная ДС обладала обратимостью ("эффектом памяти") [7].

Интересные неупорядоченные ДС были получены из сотовой структуры [8, 9]. Два вида упорядоченной сотовой структуры были созданы из двух видов РЦД (рис. 1а). Обе РЦД формировались Нимп: РЦД1 при отсутствии поля смещения с последующим действием Н, РЦД2 - в присутствии Н. Затем на РЦД действовали полем Н < 0 (Н тт М внутри ЦМД). Диаметр ЦМД увеличивался, а период оставался постоянным. ЦМД приобретал форму шестиугольника в РЦД1 - при -20 Э, а в РЦД - при -45Э. Полученные СДС1 и СДС2 (рис. 1е) имели разные аТ и величины поля "взрыва" (Нв1)

Рис. 1. Виды доменных структур.

(рис. 2). При Нв1 в СДС1 происходил ФП первого рода [8]. Полученная в результате ФП неупорядоченная ячеистая ДС1 (рис. 1ж) представляла собой нерегулярно расположенные пяти- и семилепест-ковые "цветы". В каждом "цветке" центральный домен маленький, круглый, а "лепестки" - крупные домены, имеющие форму неправильного многоугольника. При действии Нимп на ячеистую ДС1 возникала новая неупорядоченная структура, представляющая собой крупные домены в виде вытянутых шестиугольников, напоминающих сети (рис. 1з). Границы между доменами - страйпы с намагниченностью, антипараллельной М внутри доменов. Это очень устойчивая ДС. Под действием Нимп при Н < -120 Э она двигалась, как сети на ветру, но сохранялась. При Н = -120 Э и действии Нимп эта ДС исчезла, вместо нее возникла РЦД с малой плотностью упаковки (рис. 1и). Таким образом, из страйпов, представлявших собой ДГ "сетей", образовалась новая РЦД. В этой ДС было много ганте-левидных доменов. В результате ФП первого рода

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 72 < 8 2008

1090

БЕЗУС и др.

/ TN T, K

H, э 120 60 0 -60 -120

Рис. 2. Н-Т-диаграмма: 1 - поле коллапса ЦМД; 2 - поле перехода в монодоменность; 3, 5 - поле коллапса РЦДх и РЦД2; 4, 6 - поле "взрыва" сотовой структуры ДС и ДС2; 7, 8 - Тфп в РЦДХ и РЦД2.

в СДС2 при Нв2 (рис. 2) была получена ячеистая ДС2. Эта неупорядоченная ДС2 также имела вид пятилепестковых "цветков" с редкими вкраплениями семилепестковых (рис. 1к).

Неупорядоченные ДС, полученные в результате индуцированных магнитным полем ФП в СДСХ и СДС2, не обладали "эффектом памяти", хотя степень неупорядоченности каждой ДС достаточно велика. Это объясняется тем, что ДГ этих ДС имеют большую энергию, так как исходные структуры создавались Нимп.

Из аморфной ДС была создана при Н < 0 ячеистая ДС при Т = 300 К. Затем Т пленки увеличивалась. Ячеистая ДС, в отличие от СДСХ и СДС2 (рис. 2), сохранилась до Ты. Такая ДС обладала "эффектом памяти" при изменении Т или Н, так как в этой структуре большая степень неупорядоченности и малая энергия ДГ.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Из приведенных экспериментальных результатов видно, что чем более неупорядочена ДС, чем больше ее энтропия, тем большей температурной

устойчивостью она обладает. В [4] было показано, что даже в регулярной РЦД с небольшим количеством дефектов при изменении Т происходит рост энтропии, в результате чего эта упорядоченная структура переходит в неупорядоченную. Таким образом, вблизи Тм и Тк должен существовать интервал температур, в котором создать РЦД невозможно, так как она будет находиться в аморфном состоянии. Кроме того, от условий формирования зависят не только свойства ЦМД-структур, но и энергия ДГ. В РЦД, сформированной Нимп, наблюдаются жесткие и гантелевидные домены, а доменные границы ЦМД обладают большой энергией. Это тонкие 180-градусные блоховские ДГ. В кластерных и тем более в аморфных ДС жестких доменов нет, энергия ДГ меньше, в результате эти ДС обладают большей устойчивостью и "эффектом памяти".

Итак, "эффект памяти" и интервал устойчивости ДС при изменении Т или Н зависят от степени неупорядоченности ДС и энергии ДГ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мамалуй Ю.А., Сирюк

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.

Показать целиком