ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2007, том 71, № 5, с. 656-658
УДК 537.611.3
ВЛИЯНИЕ НАМАГНИЧЕННОСТИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНОЙ ПОДРЕШЕТКИ НА ДОМЕННУЮ СТРУКТУРУ ДВУСЛОЙНОЙ ФЕРРИТ-ГРАНАТОВОЙ ПЛЕНКИ
© 2007 г. Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сиршк
Донецкий национальный университет, Украина E-mail: uam@mail.donbass.com, julia@sktel.com.ua
Проведены экспериментальные исследования поведения доменной структуры (ДС) при изменении температуры в двуслойной пленке феррита-граната, имеющей в одном из слоев точку компенсации (Тк), и в однослойных пленках-"свидетелях". Показано, что редкоземельная подрешетка влияет на фазовые переходы (ФП) в ДС двуслойной пленки. Для объяснения наблюдаемых ФП использована концепция магнитостатического давления в ДС.
ВВЕДЕНИЕ
Поведение доменной структуры (ДС) в двуслойной пленке, имеющей в одном из слоев точку компенсации (Тк), вызывает особый интерес, так как на ДС в двуслойной пленке влияют как кубическая и наведенная анизотропия, так и взаимодействие слоев. Это взаимодействие зависит от соотношения намагниченности в слоях и изменяется с температурой.
В работе поставлена задача - изучить поведение равновесной ДС при изменении температуры как в двуслойной пленке, в одном из слоев которой есть Тк, так и в однослойных пленках-"свидете-лях". Пленки выращены методом жидкофазной эпитаксии на гадолиний-галлиевом гранате с наведенной одноосной анизотропией вдоль оси (111), перпендикулярно поверхности пленки. Верхний слой пленки состава (YEu)3(FeGa)5O12 в исследуемом температурном интервале не имеет Тк, нижний слой - (YGdTm)3(FeGa)5O12 имеет Тк вблизи 120 К. При изучении ДС применена экспериментальная методика, описанная в [1].
ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
В однослойных пленках-"свидетелях" температурные зависимости периода ДС а(Т) имеют монотонный характер. В поведении ДС при изменении Т не наблюдается никаких особенностей.
В двуслойной пленке в интервале температур Т1-Т2 наблюдаются два вида полосовой доменной структуры (ПДС) с разными периодами (рис. 1). При Т2 появляется сквозная ПДС, при Т0 - кольцевой домен. С уменьшением Т параметры сквозной ДС увеличиваются. При ТСПФП (СПФП) - с пинпе-реориентационный фазовый переход) цвет ДС резко изменяется от оранжевого до темно-корич-
невого. Вблизи Тк нижнего слоя происходит разделение ДС: в нижнем слое - монодоменное состояние, в верхнем - ПДС оранжевого цвета. Итак, при сравнении со "свидетелями" в поведении ДС двуслойной пленке имеются четыре отличия:
- изменение цвета ДС при приближении к Тк;
- наличие сквозной ДС при средних температурах;
- разделение ДС верхнего и нижнего слоев при высокой Т;
- наблюдается кольцевой домен.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Для объяснения экспериментальных результатов был применен термодинамический подход с использованием концепции магнитостатического давления Р в ДС. Давление равновесной ПДС было рассчитано из энергии ПДС [2] по формуле
P =
8 M
п
\ . п h , а . а
2arCtg" + nh 1П 2 ^ 2 ,2 a >ih a + п h -
где М - намагниченность насыщения, а - период ПДС, И - толщина пленки. Из рис. 2 видно, что появление сквозной ДС при Т2 сопровождается скачком давления, т.е. в ДС происходит ФП первого рода [3]. Сквозная ДС возможна, если векторы намагниченности обоих слоев параллельны (Мх тт
ТТ М2) (рис. 1). При этом следует учитывать только магнитостатическое взаимодействие между слоями, так как в [4] было установлено, что обменное взаимодействие двуслойных феррит-гранатовых пленок минимально, если железные подрешет-ки в слоях параллельны. В [5] было показано, что при температуре ТСПФП < Т < Т2 сквозная ДС энер-
ВЛИЯНИЕ НАМАГНИЧЕННОСТИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНОЙ ПОДРЕШЕТКИ
657
а, 10-6 м
40 20
100
• • ПДС верхнего слоя 0 0 ПДС нижнего слоя л л решетка ЦМД
м1Т
Гспфп ^0 200 Г2 Т1 300 Т, К
Рис. 1. Температурная зависимость периода ДС при охлаждении.
Р, Па
6 3 0
4пМ, 10-4 Тл
X-X- Г 5 ^ - 300
150
4 <> 1 1 1 4
1 1 • • • • • 1 1 1 0
100 Т,
СПФП
Т0 Т2 270 Т1
Т, К
Рис. 2. Температурные зависимости намагниченности насыщения и магнитостатического давления: 1, 2 -4п^1 и Р нижнего слоя; 3, 4 - 4ПМ2 и Р верхнего слоя; 5 - Р сквозной ДС; 6 - Р сквозной решетки ЦМД.
гетически выгодна. В интервале Г^ Ых Т^ М2 При удалении от Тк (нагревание) М1 ориенти-
(рис. 1). Поскольку М1 > М2 (рис. 2), при понижении Т подмагничивающее поле нижнего слоя заставило повернуться вектор М2 параллельно М1. Итак, при температуре Г2 произошел ФП в ДС
верхнего слоя, так как М2 повернулся на 180°. При
ТСПФП М1 ~ М2 (рис. 2). В этой области температур существует намагниченность редкоземельной
подрешетки нижнего слоя, причем Мк Т^ М железной подрешетки. Суммарное действие Мк нижнего слоя и подмагничивающего поля верхнего
слоя приводит к повороту М2 из осевой фазы в угловую (рис. 1), в результате чего наблюдается изменение цвета ДС. В пленке происходит спинпере-ориентационный фазовый переход (СПФП). Действие одной редкоземельной подрешетки без подмагничивающего поля не могло привести к СПФП, что подтверждается отсутствием СПФП в "свидетеле" (YGdTm)3(FeGa)5O12.
При приближении к Гк нижнего слоя, когда Мк
компенсируется Мж подрешетки, в верхнем слое
М2 приобретает ту ориентацию, которая была при Т1, выгодную для верхнего слоя.
При Г0, где ориентируются спины редкоземельной подрешетки, наблюдается кольцевой домен. Это два коаксиальных ЦМД с антипараллельной
ориентацией М. Появление кольцевого домена возможно только при условии образования сквозных доменов. Два диаметра кольцевого домена
к
определяются различной величиной М1 и М2.
руется параллельно М2 (М1 М2), а Мк Т4- М2.
СПФП не наблюдается, так как действия Мк без подмагничивающего поля верхнего слоя недостаточно для поворота М. Но не создаются и сквозные домены. И только при Г0, когда разориентируются спины редкоземельной подрешетки, происходит
ФП, появляется сквозная ДС с ориентацией М1
М2, и наблюдается кольцевой домен, так как
при Г2 М1 > М2 (рис. 2), то происходит поворот М1
на 180°, т.е. М1 Т4- М2. Это ФП первого рода в нижнем слое. В результате имеется скачок давления и наблюдается разделение ДС.
ВЫВОДЫ
В ДС двуслойной пленки происходят несколько ФП, индуцируемых Т. ФП обусловлены поворотом вектора намагниченности в одном из слоев под влиянием подмагничивающего поля другого слоя. При ФП происходят скачки магнитостатического давления в ДС.
Наблюдается энергетически выгодная сквозная ДС при параллельной ориентации М1 и М2.
Кольцевой домен возникает при обязательном условии существования сквозных доменов, благодаря действию Мк подрешетки; разная величина диаметров ЦМД есть следствие разной величины
М слоев.
Вблизи Гк нижнего слоя наблюдается результат суммарного действия намагниченности редкоземельной подрешетки и подмагничивающих полей. При приближении к Гк (охлаждение), благодаря
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 71 < 5 2007
658
МАМАЛУЙ, СИРЮК
этому действию, появляется угловая фаза и происходит СПФП.
При удалении от Тк (нагревание), только после разориентации спинов редкоземельной подрешет-ки, происходит ФП и появляются сквозные домены.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мамалуй Ю.А., Сирюк Ю.А., Безус A.B. // ФТТ.
2003. Т. 45. № 9. С. 1645.
2. Богданов А.И., Яблонский Д.А. // ФТТ. 1980. Т. 22. № 3. С. 680.
3. Мамалуй Ю.А., Сирюк Ю.А., Завадский Э.А. // Изв. РАН. Сер. физ. 2005. Т. 69. № 7. С. 1023.
4. Bobeck AH, Blank S.L., Levinstein H.J. // Bell Syst. Tech. J. 1972. V. 51. № 6. P. 431.
5. Безус А.В., Мамалуй Ю.А., Сирюк Ю.А. // Функциональные матер. 2004. T. 11. № 3. C. 491.
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 71 < 5 2007
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.