научная статья по теме УСТОЙЧИВЫЕ СПИРАЛЬНЫЕ ДОМЕНЫ В ПЛЕНКАХ ФЕРРИТОВ-ГРАНАТОВ Физика

Текст научной статьи на тему «УСТОЙЧИВЫЕ СПИРАЛЬНЫЕ ДОМЕНЫ В ПЛЕНКАХ ФЕРРИТОВ-ГРАНАТОВ»

ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2008, том 72, № 8, с. 1091-1093

УДК 537.611.3

УСТОЙЧИВЫЕ СПИРАЛЬНЫЕ ДОМЕНЫ В ПЛЕНКАХ ФЕРРИТОВ-ГРАНАТОВ

© 2008 г. Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сиршк

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

В эпитаксиальных пленках ферритов-гранатов экспериментально изучены устойчивые спиральные доменные структуры: спиральные домены (СпД), стабилизированные решеткой ЦМД, и решетки спиральных доменов. Для объяснения поведения спиральной доменной структуры при изменении температуры или магнитного поля применяется термодинамический подход с использованием понятия магнитостатического давления. Показано, что фазовые переходы (ФП) в СпД связаны с ФП в решетке ЦМД.

Впервые одно- и двухрукавную спиральную доменную структуру (СпДС) наблюдали на массивных образцах сплава МиЛЮе [1]. В [2-4] спиральные домены (СпД) создавали в пленках ферритов-гранатов из лабиринтной доменной структуры (ДС) импульсным или синусоидальным магнитным полем высокой частоты при наличии поля смещения Н. Такая СпДС была динамической. В [5, 6] СпД также формировались из лабиринтной ДС при воздействии Н. Это были устойчивые СпД в присутствии Н. При снятии поля оставались СпД с меньшим числом витков, окруженные лабиринтной ДС. В [7] были получены СпД, стабилизированные окружающей их решеткой ЦМД. Такая ДС являлась равновесной и существовала при отсутствии магнитного поля. Продолжение этой работы - дальнейшее исследование устойчивых СпДС.

В работе поставлена задача - изучить влияние условий формирования на вид СпДС и поведение этой структуры при изменении температуры (Т) или магнитного поля смещения (Н).

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Спиральные домены формируются монополярным импульсным магнитным полем (Нимп), перпендикулярным плоскости пленки, затем поле выключают. Наряду с СпД формируется и решетка ЦМД (РЦД), которая его окружает и стабилизирует, поэтому поведение СпД при изменении Т или Н неизменно связано с поведением РЦД. Для объяснения сосуществования двух доменных структур и поведения их при изменении Т или Н вводится понятие магнитостатического давления Р [8]. В [9] рассчитана полная энергия СпД, в [10] теоретически показано, что давление СпД увеличивается с его радиусом. В [11] экспериментально доказано,

что для сосуществования СпД и РЦД необходимо равенство их магнитостатических давлений.

1. ВЛИЯНИЕ Н НА ФОРМИРОВАНИЕ И ПОВЕДЕНИЕ СпДС

Свойства СпД, как и решетки ЦМД [12], зависят от условий формирования, т.е. ДС можно формировать как при Н = 0 (РЦД1), так и при Н Ф 0

(РЦД2). При одинаковой величине Н > 0 (Н анти-

параллелен намагниченности насыщения М внутри ЦМД) давление РЦД1 больше, чем давление

РЦД2. При Н < 0 (Н ТТ М) переход РЦД1 в сотовую структуру происходит при меньших величинах давления и Н, чем переход РЦД2. Это отражается на формировании СпД. Так можно создать СпД с числом витков от 3 до 60, соответственно диаметр таких спиралей составляет от 90 до 1800 мкм.

При Н = 0 был сформирован СпД, окруженный РЦД и существующий при отсутствии Н [7] (рисунок А). СпД состоит из двух полосовых доменов (ПД) противоположной намагниченности, свернутых в спираль Архимеда, имеет внутренний и внешний концы. Направление закручивания любое. Период ПД, закрученных в спираль, при отсутствии Н такой же, как и в обычной полосовой структуре, и не зависит от порядкового номера витка спирали. При действии Н > 0 уменьшаются длина СпД, число витков, внешний и внутренний диаметр, период ПД, образующих спираль. Существуют две возможности разматывания спирали. Если закреплен внешний конец СпД, то спираль разматывается изнутри, внутри появляется монодоменное ядро. Спираль может превратиться в кольцевой домен [13]. Если разматывается внешний конец СпД, то окружающая его РЦД занимает освободившееся место [11] (рисунок Б). При Н < Нк

1092

МАМАЛУЙ, СИРЮК

в

Виды доменных структур.

коллапса РЦД спираль исчезает. На ее месте остается гантелевидный домен, состоящий из двух жестких ЦМД, соединенных маленьким страйпом (рисунок В). Это и есть зародыш СпД. Если ганте-левидных доменов много, то при формировании образуется группа спиралей (рисунок Г). Под действием планарного поля гантелевидный домен исчезает, а спираль разрушается.

При действии на СпД Н < 0 окружающая его РЦД превращается в соты, давление увеличивается, что приводит к увеличению радиуса спирали. По мере приближения Н к полю взрыва сотовой структуры давление окружающей ДС увеличивается [14]. СпД начинает разматываться изнутри, появляется монодоменное ядро, что позволяет СпД скомпенсировать магнитостатическое давление окружающей ДС (рисунок Д, Е).

Радиусы СпД, сформированных при Н Ф 0, отличаются от Я0 СпД, сформированного при Н=0. Это объясняется тем, что при Н > 0 формируется РЦД2 с меньшим давлением [12], следовательно, и давление СпД должно быть меньше, т.е. его Я < Я0. При Н < 0, равном переходу РЦД в сотовую структуру, давление РЦД2 максимально [14], поэтому Я такой спирали максимальный. Спирали, сформирован-

ные при Н Ф 0, устойчивы при поле формирования. Если же убрать Н с ДС, сформированной при Н > > 0, то в РЦД2 и СпД произойдут ФП. РЦД2 распадется на двухфазную структуру - новые РЦД и страйпы, а Пд, образующие спираль, превратятся в волновую ДС (ВДС), т.е. СпД превратится в структуру "цветок" (рисунок Ж). Это можно объяснить тем, что при Н > 0 давление ДС меньше, чем равновесной ДС при Н = 0, что способствует образованию зародышей в РЦД2 страйпов [15], а в ПД -ВДС [16]; но Н подавляло проявление зародышей. При снятии Н давление ДС увеличилось, в результате чего и произошел ФП. При снятии Н с ДС, сформированной при Н < 0, в РЦД2 ФП не произойдет, так как ее плотность упаковки у = 0.74 соответствует упаковке равновесной РЦД и давление почти не изменится [12]. В СпД при неизменном внешнем Я произойдет ФП за счет того, что давление ПД изменится и ПД превратится в ВДС [16], а СпД - в структуру "цветок".

При Н, равном 30-40 Э, в пленке формируется гексагональная решетка спиральных доменов (РСпД (рисунок 3). РСпД сочетает в себе различные элементы простых и хорошо изученных структур: спиральных доменов, полосовой и сотовой ДС. Каждая ячейка РСпД представляет собой шестиугольник, внутри которого находится СпД, состоящий из 5-8 витков. Направление закручивания любое. Среди однорукавных спиралей реже наблюдаются двухрукавные спирали. Внешние концы спиралей закреплены либо на узловых трехлучевых точках, либо на другой удаленной спирали, создавая ее витки. В [17] приведены теоретические кривые энергий ПДС, РЦД и РСпД и показано, что РСпД имеет такой же глубокий минимум, как и РЦД, но более широкий, поэтому в этом интервале полей из всех ДС наиболее энергетически выгодна РСпД. Эта ДС устойчива при Н ее формирования. Если уменьшить Н до нуля, то ПД, образующие СпД, превращаются в ВДС с меньшим периодом и большей длиной, т.е. происходит ФП ПДС-ВДС [16], в результате спирали приобретают вид "цветка". В СпД произошел ФП, а следовательно, произошел ФП и в РСпД при неизменной ее гексагональной упаковке. Таким образом, ФП в ДС, составляющих решетку спиралей, взаимосвязаны.

Если же увеличить Н > 0, то длина СпД уменьшается, спирали раскручиваются, и РСпД постепенно исчезает. ФП в РСпД при этом не происходит.

2. ВЛИЯНИЕ Т НА УСТОЙЧИВУЮ СпДС

Температура влияет на формирование СпД. При приближении к температуре Нееля (Тм) давление РЦД уменьшается, в результате формируется СпД с малым Я. Существует предельная величина давления РЦД, при которой СпД не формирует-

УСТОЙЧИВЫЕ СПИРАЛЬНЫЕ ДОМЕНЫ В ПЛЕНКАХ ФЕРРИТОВ-ГРАНАТОВ 1093

ся [11]. Кроме того, вблизи Тм и температуры магнитной компенсации (Тк) зародыши СпД исчезают.

Поскольку СпД окружен решеткой ЦМД, температурные устойчивости обеих ДС взаимосвязаны. В пленке состава (ТшБ1)3(Рева)5012, имеющей Тк, СпД сохраняется при изменении Т пленки в интервале Т, на обоих концах которого его разрушение связано с ФП в РЦД [15]. При удалении от Тк РЦД распадается на двуфазную структуру с уменьшением Р [12], что инициирует переход ПДС спирали в ВДС. На месте СпД наблюдается ДС вида "цветок", т.е. в СпД произошел ФП. На другом конце АТ при приближении к Тк в РЦД происходит ФП с уменьшением числа доменов, что вызывает развал СпД на разрозненные блоки страйпов. В пленке состава (У8шЬиСа)3(Ре0е)5012, не имеющей Тк, сформированные при комнатной Т СпД и РЦД сохраняются при охлаждении пленки до 90 К. В РСпД при увеличении Т ФП не происходит. Решетка СпД исчезает за счет уменьшения длины спиралей, как и при увеличении Н.

ВЫВОДЫ

Изучены два вида устойчивых СпДС: спирали, стабилизированные решеткой ЦМД, и решетка спиральных доменов. Зародышем СпД является гантелевидный домен. Индуцированные Т или Н фазовые переходы в РЦД вызывают ФП в спиральном домене. Магнитостатическое давление РЦД не только стабилизирует спиральный домен, но и определяет возможность формирования СпД и его поведение при изменении Т или Н. Решетка СпД, сформированная при 30-40 Э, - это энергетически наиболее выгодная структура, устойчивая при поле формирования. При уменьшении Н в РСпД происходит ФП, вызванный ФП в ДС, составляющих решетку. При изменении Т или увеличении Н ФП в решетке СпД не происходят. Она исчезает с уменьшением длины спиралей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кандаурова Г.С. // Изв. Вузов. Физика. 1971. Т. 8. С. 148.

2. Кандаурова Г.С., Свидерский А.Э. // Письма в ЖЭТФ. 1988. Т. 47. № 8. С. 410.

3. Лисовский Ф.В, Мансветова Е.Г. // Физика тв. тела. 1989. Т. 31. № 5. С. 273.

4. Кандаурова Г С, Иванов Ю.В. // ФММ. 1993. Т. 76. № 1. С. 49.

5. Гесь А.П, Федотова В В., Богуш А.К., Горбачевская Т.А. // Письма в ЖЭТФ. 1990. Т. 52. № 9. С. 1079.

6. Федотова В В., Гесь А.П., Горбачевская Т.А. // Физика тв. тела. 1995. Т. 37. № 9. С. 2835.

7. Ламонова К В., Мамалуй Ю.А., Сирюк Ю.А. // Физика и техника высоких давлений. 1996. Т. 6. № 1. С. 33.

8. Барьяхтар В.Г., Горобец Ю.И. Цилиндрические магнитные домены и их решетки. Киев: Наук. думка, 1988.

9. Ламонова К В., Мамалуй Ю.А. // Физика и техника высоких давлений. 1997. Т

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