Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Структура эпитаксиальных висмут-содержащих монокристаллических пленок феррит-гранатов 10
1.2. Теория движения доменных стенок в магнитоодноосных пленках 12
1.3. Вс-МПФГ с компенсацией момента импульса 16
1.4. Медленнорелаксирующие Вс-МПФГ 20
1.5. Вс-МПФГ с ромбической магнитной анизотропией 25
1.6. Торцевая доменная стенка в Вс-МПФГ 27
1.7. Вс-МПФГ состава (Bi,Lu) 3 (Fe,Ga) 5 О ,2 28
1.8. Ферромагнитный резонанс в Вс-МПФГ 30
1.9. Смешанная доменная структура в Вс-МПФГ 37
Выводы главы 1 38
Глава 2. Экспериментальная установка и методика измерений
2.1. Измерение параметров МПФГ 39
2.2. Экспериментальная магнитооптическая установка 44
2.3. Методика получения смешанной доменной структуры 58 Выводы главы 2 60
Глава 3. Намагничивание и перемагничивание слабо анизотропных вс-мпфг с ориентацией (210)
3.1. Динамика доменных стенок в феррит-гранатовых пленках с ориентацией (210) 61
3.2. Импульсное перемагничивание монокристаллических пленок (Bi,Lu) з (Fe,Ga) 5 О п с ориентацией (210) 66
3.3. Влияние планарного магнитного поля на импульсное перемагничивание монокристаллических пленок (Bi,Lu) з (Fe,Ga) 5 О 12 с ориентацией (210) 76
3.4. Смешанная доменная структура 85 Выводы главы 3 91
Глава 4. Ферромагнитный резонанс в слабо анизотропных вс-мпфг с ориентацией (210)
4.1. Вс-МПФГ (Bi,Lu)3 (Fe,Ga)5 0]2 с ориентацией (210) 92
4.2. Вс-МПФГ (Ві,Тт)з (Fe,Ga)5 012 с ориентацией (210) 113
Выводы главы 4 122
Основные результаты и выводы 123
Список сокращений и условных обозначений 124
Литература 1
- Теория движения доменных стенок в магнитоодноосных пленках
- Ферромагнитный резонанс в Вс-МПФГ
- Импульсное перемагничивание монокристаллических пленок (Bi,Lu) з (Fe,Ga) 5 О п с ориентацией (210)
- Вс-МПФГ (Ві,Тт)з (Fe,Ga)5 012 с ориентацией (210)
Введение к работе
Актуальность работы. Исследование движения намагниченности в ферримагнетиках представляет собой одно из важных направлений фундаментальной и прикладной физики. Причинами этого являются необходимость познания основных закономерностей динамического поведения спиновой системы магнитоупорядоченных веществ и интенсивное применение этих материалов в современной технике. В основе теорий изменения намагниченности, как правило, лежит уравнение, предложенное более 60 лет назад Ландау и Лифшицем [1].
Большой интерес исследователей и разработчиков новой техники вызывают монокристаллические пленки феррит-гранатов (МПФГ) с цилиндрическими магнитными доменами (ЦМД), выращиваемые методом жидкофазной эпитаксии из переохлажденного раствора-расплава [2-8]. Эти материалы обладают уникальной возможностью варьирования химического состава: наличие трех катионных междоузлий с разными размерами позволяет вводить в состав МПФГ более половины всех элементов таблицы Менделеева, что предопределяет многообразие их физических свойств. Наличие трех магнитных подрешеток, связанных ферримагнитным взаимодействием, и наведенной в процессе роста магнитной анизотропии дает возможность в зависимости от состава МПФГ в широких пределах изменять их параметры.
Висмут-содержащие МПФГ (Вс-МПФГ) обладают гигантским фарадеевским вращением, превышающим 1 град/ мкм в видимой области спектра, что позволяет создать на их основе различные магнитооптические устройства [9-19]. На основе этих материалов могут быть созданы эффективные модуляторы и дефлекторы видимого и инфракрасного диапазона, экономичные и эффективные электрически или оптически управляемые транспаранты и пространственно-временные фильтры, управляющие элементы волоконно-оптических линий связи, дисплеи, реверсивные среды для записи информации, устройства для визуализации записи с магнитного носителя, интегрально-оптические устройства, датчики физических полей, дефектоскопы и другие магнитооптические устройства.
Сложной магнитной анизотропией и, как следствие, интересной динамикой доменных стенок (ДС) обладают Вс-МПФГ с ориентацией (210) [20-37]. Заметим, что к началу настоящей работы среди Вс-МПФГ наиболее интенсивно исследовались быстродействующие У,Рг-содержащие пленки со скоростью ДС 1 км/с и более, которые обладают высоким полем одноосной магнитной анизотропии Нк, часто превышающим 3 - 5 кЭ [20-25,31,37]. Это обстоятельство, в частности, препятствует исследованию ферромагнитного резонанса (ФМР) [38], поскольку резонансное поле выходит за пределы развертки ФМР-спектрометра. Заметим, что среди Вс-МПФГ с ориентацией (210) ФМР достаточно подробно исследован в пленках состава (Bi,Gd)3(Fe,Ga)50i2 [39]. К сожалению, эти пленки, обладающие невысоким Нк, невозможно синтезировать на традиционных и доступных подложках Gd3Ga50,2 (ГГГ).
С фундаментальной точки зрения интересным объектом исследования являются слабо анизотропные Вс-МПФГ (Bi,R)3(Fe,Ga)5Oi2, где R = Lu или Тт [26-30,33-36], в которых Нк = 0,1 - 0,6 кЭ. При R = Ги пленки не содержат быстрорелаксирующих ионов, поэтому они обладают узкой линией ФМР и высокой подвижностью ДС. Ионы Тт3+ вносят наименьшее затухание среди быстрорелаксирующих ионов, поэтому ширина линии ФМР в них не слишком высока. Кроме того, Вс-МПФГ (Bi,R)3(Fe,Ga)5012, где R = Lu или Тт, можно синтезировать на подложках ГГГ.
Принцип действия многих устройств, в которых используются Вс-МПФГ, основан на изменении намагниченности. В связи с этим с практической точки зрения исследование этого процесса в слабо анизотропных Вс-МПФГ с ориентацией (210) представляется актуальным.
Цель работы - исследование изменения намагниченности, включая процессы намагничивания и перемагничивания, движение ДС и ФМР в Вс-МПФГ (Bi,R)3(Fe,Ga)50i2 с ориентацией (210), где R = Lu или Тт. В рамках этого основного направления решаются задачи: исследование магнитной анизотропии Вс-МПФГ с помощью метода ФМР; исследование зависимостей длительностей различных этапов намагничивания Вс-МПФГ от импульсного магнитного поля, приложенного по нормали к плоскости пленки, и постоянного магнитного поля, приложенного в плоскости пленки; исследование зависимостей длительностей различных этапов перемагничивания Вс-МПФГ от импульсного магнитного поля, приложенного по нормали к плоскости пленки, и постоянного магнитного поля, приложенного в плоскости пленки; исследование динамики ДС, формирующихся в процессе импульсного намагничивания или перемагничивания.
Научная новизна результатов, составляющих содержание диссертации, заключается в следующем:
1. Впервые получены систематические экспериментальные данные о динамике импульсного намагничивания и перемагничивания Вс-МПФГ (Bi,Lu)3(Fe,Ga)50|2 с ориентацией (210).
2. Впервые показано, что в широком диапазоне импульсных магнитных полей перемагничивание Вс-МПФГ (Bi,Lu)3(Fe,Ga)5012 с ориентацией (210) осуществляется движением торцевой ДС (ТДС), формирующейся в слое с анизотропией типа «легкая плоскость».
Впервые показано, что при импульсном перемагничивании Вс-МПФГ (Bi,Lu) з (Fe,Ga) 5 О !2 с ориентацией (210) путем формирования и перемещения ТДС время задержки пленки в намагниченном состоянии при увеличении амплитуды перемагничивающего импульса изменяется скачком, причем указанный скачок не зависит от амплитуды импульсного магнитного поля Н р.
Впервые показано, что в Вс-МПФГ (Bi,Lu) 3 (Fe,Ga) 5 О ]2 с ориентацией (210) подвижность ТДС почти на два порядка величины выше, чем при ориентации (111).
Впервые получены систематические экспериментальные данные о параметрах ФМР в Вс-МПФГ (Bi,R)3(Fe,Ga)5Oi2 с ориентацией (210), где R = Lu или Тт.
Научная и практическая значимость работы.
1. Выявленные в настоящей работе закономерности при намагничивании и перемагничивании Вс-МПФГ (Bi,Lu)3(Fe,Ga)5Ol2 с ориентацией (210), с одной стороны, представляют собой основу для дальнейшего развития теории в области ферримагнетодинамики, а, с другой стороны, должны учитываться разработчиками магнитооптических устройств.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Эпитаксиальные Вс-МПФГ (Bi,Lu)3(Fe,Ga)50i2 с ориентацией (210) обладают слоистой магнитной структурой.
2. Временная зависимость скорости ДС при намагничивании эпитаксиальных Вс-МПФГ (Bi,Fu)3(Fe,Ga)50i2 с ориентацией (210) является немонотонной.
3. При перемагничивании Вс-МПФГ (Bi,Lu)3(Fe,Ga)5Oi2 с ориентацией (210) движением ТДС безразмерный параметр затухания почти на два порядка величины выше, чем при ориентации (111), а время задержки пленки в намагниченном состоянии при увеличении амплитуды перемагничивающего импульса изменяется скачком, причем указанный скачок не зависит от этой амплитуды.
При импульсном перемагничивании Вс-МПФГ (Bi,Lu) 3 (Fe,Ga) 50 ]2 с ориентацией (210) на зависимостях времени задержки спада сигнала фотоотклика после окончания импульса магнитного поля и времени нахождения образца в намагниченном состоянии от планарного магнитного поля при обоих его направлениях наблюдаются максимумы.
Импульсное перемагничивание Вс-МПФГ (Bi,Lu) 3 (Fe,Ga) 50 ]2 с ориентацией (210) на фронте и спаде импульса магнитного поля осуществляется посредством одинакового механизма.
6. Спектр ФМР в Lu-содержащих Вс-МПФГ с ориентацией (210) отражает слоистую структуру пленки, а в Tm-содержащих пленках переходной поверхностный слой при ФМР не проявляется.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в работах [29,33,36,117,119-121,127,139,142-149] и обсуждались на международных конференциях: XIV Международная школа-семинар "Новые магнитные материалы микроэлектроники".Обнинск, июнь, 1994 The 39-th Annual Conference Magnetism and Magnetic Materials, Dusseldorf, August, 1994 The 40-th Annual Conference Magnetism and Magnetic Materials, Philadelphia, Pennsylvania, November, 1995 XV Международная школа-семинар "Новые магнитные материалы микроэлектроники". Москва, июнь, 1996 XVII Международная школа-семинар "Новые магнитные материалы микроэлектроники". Москва, июнь, 2000 XVIII Международная школа-семинар "Новые магнитные материалы микроэлектроники" Москва, июнь, 2002 V Международная конференция "Рост монокристаллов и тепломассоперенос". Обнинск, Сентябрь. 2003.
Объем и содержание работы. Объем диссертации составляет 139 страниц текста, включая 42 рисунка, 1 таблицу и список литературы из 149 наименований.
Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение и список цитируемой литературы. Первая глава - литературный обзор, в котором представлены основные теоретические и экспериментальные результаты других авторов, необходимые для понимания работы. Вторая глава представляет собой описание экспериментальной установки, методики измерений, параметров исследованных образцов. Третья глава содержит результаты изучения статических доменных конфигураций, возникающих в магнитных пленках, процессов импульсного намагничивания и перемагничивания, а также динамики движения доменных стенок. Четвертая глава посвящена исследованию ферромагнитного резонанса в Вс-МПФГ с ориентацией (210). Заканчивается работа формулировкой основных результатов и выводов и списком цитируемой литературы.
Теория движения доменных стенок в магнитоодноосных пленках
Вс-МПФГ являются трехподрешеточными ферримагнетиками, однако при описании динамических свойств их часто рассматривают как ферромагнетик, характеризующийся суммарной намагниченностью М и эффективным значением гиромагнитного отношения у. В теоретических моделях изменение намагниченности описывается уравнением Ландау-Лифшица-Гильберта [3,4,8,38,42]: где dM/dt - производная вектора намагниченности по времени, 8w/8M - функциональная производная плотности полной свободной энергии, а - безразмерный параметр затухания Гильберта. Это уравнение используют в теориях вращения намагниченности, движения доменных стенок (ДС) и ферромагнитного резонанса (ФМР). Согласно одномерной теории движения доменных стенок в безграничном ферромагнетике вид зависимости их скорости V от действующего магнитного поля Н определяется безразмерным параметром затухания Гильберта а [8,42]. Для безграничного одноосного ферромагнетика с а 1 зависимость V (Н) состоит из трех характерных участков. Первый линейный участок соответствует стационарному движению ДС с начальной подвижностью: где Д0 - (А/Ки) /з - параметр ширины ДС, А - константа обменного взаимодействия, Ки - константа одноосной магнитной анизотропии, Л -приведенный параметр затухания, с которым безразмерный параметр затухания Гильберта связан соотношением: где 4тсМ s - намагниченность насыщения. При критическом поле Hw (уокеровский порог): в котором ДС достигает предельной скорости стационарного движения V w (уокеровская предельная скорость): начинается второй (нелинейный) участок, соответствующий нестационарному осцилляторному движению ДС с отличной от нуля средней скоростью. Нелинейный участок с ростом поля переходит в третий (линейный) участок зависимости V(H) с положительной дифференциальной подвижностью: соответствующий движению ДС в режиме «свободной прецессии». В случае a 1 нелинейный участок отсутствует. Различие значений \х и ц. d тем меньше, чем выше а, но всегда начальная подвижность больше дифференциальной.
В тонкой однородной ферромагнитной пленке возникают размагничивающие поля, а ДС становится скрученной [3,4,8,42]. В этом случае срыв стационарного движения ДС происходит в полях существенно меньших, чем порог Уокера (1.4) и обусловлен генерацией, продвижением и аннигиляцией так называемых блоховских линий. Расчет для ферромагнетика конечной толщины, учитывающий размагничивающее поле, дает такое же выражение для начальной подвижности ДС, что и одномерная теория. Для одиночной плоской ДС пороговое поле (порог Слончевского) определяется как [4,8,42]: где h - толщина пленки, а соответствующая пиковая скорость как: После достижения критической скорости V р в полях больших Н р скорость стенки уменьшается асимптотически приближаясь к пределу: Однако, как правило, существует расхождение между ожидаемой из соотношений (1.7) и (1.8) обратно пропорциональной зависимостью от h для скорости ДС и экспериментальными данными. Такое несовпадение может быть связано с тем, что теория [3,4,8,42] не учитывает наличия переходных поверхностных слоев, а именно, вблизи поверхности пленки происходит генерация и аннигиляция блоховских линий. При действующих магнитных полях, сравнимых с полем одноосной магнитной анизотропии, в одноосных ферромагнетиках действует механизм движения ДС, связанный с излучением спиновых волн (СВ) [14,46-50]. Прецессия вектора намагниченности в ДС с частотой уН связана с частотой СВ со (к) соотношением [47]: где п - порядок ангармонизма, к - волновое число. Из закона дисперсии СВ [47]: со (к) = цоу НК{[(Аок)2 + 1 - Н/Н , ] [(А 0 к) 2 + 1+ Q " -Н/Н К]} V\ (1.10) где Q = HK/MS - фактор качества материала. При n = 2 для нижней и верхней границ диапазона действующих магнитных полей, где имеет место эффект генерации СВ, из условий к = 0 и к = А0 (область формирования СВ ограничена объемом ДС) [47]:
Ферромагнитный резонанс в Вс-МПФГ
Метод ФМР является исключительно информативным при исследовании свойств магнитных пленок [102-104]. Это определяется зависимостью параметров ФМР как явления от многих свойств магнитной пленки, имеющих различную физическую природу. Практически всегда при использовании метода ФМР регистрируют резонансные значения постоянного магнитного поля при известной частоте переменного магнитного поля для различных ориентации постоянного поля относительно магнитной пленки. Часто постоянное магнитное поле прикладывают перпендикулярно (перпендикулярный резонанс) или параллельно (параллельный резонанс) плоскости пленки.
Условие резонанса в общем виде [38,102-104]: где эффективное магнитное поле НЭфф в общем случае зависит от симметрии кристалла, его внутренней структуры, формы образца, величины и направления его намагниченности и ориентации внешнего магнитного поля по отношению к кристаллографическим осям и поверхностям, ограничивающим образец. Здесь со - круговая частота переменного магнитного поля. Если магнитная пленка является однородной и изотропной, то резонансные условия приобретают вид [102-104]: для перпендикулярного резонанса, и для параллельного резонанса. Здесь Hi и Нц - резонансные поля при перпендикулярном и параллельном резонансах, соответственно. С помощью соотношений (1.25) и (1.26) по двум резонансным полям можно найти как гиромагнитное отношение, так и намагниченность насыщения. Если учесть магнитоодноосную анизотропию, то резонансные соотношения усложняются незначительно [102-104]: Из соотношений (1.27) и (1.28), кроме гиромагнитного отношения, можно определить лишь разность поля одноосной магнитной анизотропии Нк и намагниченности насыщения, которую называют эффективным полем одноосной магнитной анизотропии Нк.еіт - Нк - 4nMs. В связи с этим намагниченность насыщения измеряют независимым способом. Однако в случае, когда пленка феррит-граната не содержит быстрорелаксирующих редкоземельных магнитных ионов, ее гиромагнитное отношение является известным и равно гиромагнитному отношению ионов Fe 3+ (уо=1,76х 107 Э 1 с"1). Если учесть не только магнитоодноосную, но и магнитокристаллическую анизотропию, то, в частности, для МПФГ с ориентацией (111) резонансное соотношение приобретает вид [102]: Здесь полярный угол 0 отсчитывается от направления 112 в плоскости пленки, Не - резонансное поле, НК = 2К, / Ms - поле магнитокристаллической кубической анизотропии,
К- константа магнитокристаллической кубической анизотропии, Для МПФГ с ориентацией (210), также обладающих ромбической магнитной анизотропией, простых резонансных соотношений получить не удается (даже в случаях, когда внешнее магнитное поле направлено вдоль главных кристаллографических направлений). В МПФГ с ориентацией (111), не содержащих быстрорелаксирующих ионов, обычно возбуждается спин-волновой резонанс (СВР) [105,106]. Исследование ФМР в медленнорелаксирующих Вс-МПФГ с ориентацией, отличной от (111), показало, что азимутальные зависимости резонансного поля отражают кристаллографическую анизотропию [39,107,108]. В частности, для пленок (Bi,Gd)3(Fe,Ga)5Oi2 и (Bi,Ln,Gd)3(Fe,M)5Oi2 (Ln = Lu или La, М = Ga или А1) выращенных на подложках Nd3Ga5Oi2 с ориентацией (100), азимутальная зависимость резонансного поля (параллельный резонанс) содержала четыре эквидистантных максимума примерно равной амплитуды [107,108]. Эта же зависимость для МПФГ, выращенных из того же раствора-расплава на подложках НГГ с ориентацией (ПО), имела два эквидистантных максимума. В Вс-МПФГ (Bi,Y,Lu)3(Fe,Ga)3Oi2, выращенных на подложках Ca3(Nb,Ga)50]2 с ориентацией (ПО), азимутальная зависимость резонансного поля имела более сложный вид [39]. В работе [53] изучен ФМР в Вс-МПФГ (Bi,Y)3(Fe,Ga)30,2 с РМА, выращенных на подложках ГКМЦГГ с ориентацией (210). На рис. 1.6 для этих пленок приведены спектры параллельного резонанса полученные для двух значений ф, различающихся на 180 , причем нижний спектр соответствует направлению, для которого значение резонансного поля для крайней слева линии в спектре минимально. Видно, что верхний спектр содержит более 20 линий, что характерно и для пленок, не содержащих быстрорелаксирующих ионов и не обладающих РМА. Однако ширина линий, превышающая 10 Э, существенно выше значений (порядка 1 Э), характерных для пленок без РМА, не содержащих быстрорелаксирующих ионов. При изменении направления внешнего магнитного поля на противоположное в спектре ФМР (нижний спектр на рис. 1.6) остается всего две линии, интенсивность которых различается на порядок, а сами линии существенно шире любой из линий на верхнем спектре. При перпендикулярном резонансе спектр ФМР также содержит ряд достаточно широких линий (рис. 1.7). Ясно, что он включает как нулевые моды для основного объема пленок на обеих сторонах подложки и переходных поверхностных слоев, так и моды СВР. Уширение линий ФМР объясняется возрастанием безразмерного параметра затухания Гильберта а при наличии эффективного поля магнитной анизотропии в плоскости пленки и зависимостью параметра затухания от этого поля. Существенное различие спектров параллельного резонанса для взаимно противоположных направлений в плоскости пленки свидетельствует о наличии в плоскости пленки как однонаправленной магнитной анизотропии, так и однонаправленной анизотропии ширины линий в спектре ФМР. Зависимость ширины линий ФМР от ориентации внешнего поля в плоскости пленки при параллельном резонансе коррелирует с анизотропным уширением изображения движущейся ДС (переходная область между динамическими доменами с противоположной намагниченностью, в которой протекает процесс локального вращения намагниченности; эта область визуализируется с помощью магнитоооптического эффекта Фарадея при скрещенных поляризаторе и анализаторе) в Вс-МПФГ с РМА, приводящей к однонаправленной анизотропии скорости ДС [50]. Другой механизм уширения линии ФМР связан с разориентацией вектора намагниченности М относительно вектора внешнего магнитного поля Н в процессе прохождения резонансных условий при регистрации линии поглощения [109].
Импульсное перемагничивание монокристаллических пленок (Bi,Lu) з (Fe,Ga) 5 О п с ориентацией (210)
Импульсное перемагничивании Вс-МПФГ (Bi,Lu)3(Fe,Ga)5Oi2 с ориентацией (210) исследовали методом фотоотклика [119-121], а формирующиеся в процессе перемагничивания динамические доменные структуры наблюдали методом высокоскоростной лазерной фотографии [117]. При этом источником подсветки служил импульсный лазер с длительностью импульса 10 ns и длиной волны излучения Х=510 nm. На рис.3.5 схематически изображены импульс магнитного поля (вверху) и сигнал фотоотклика (внизу). Сигнал фотоотклика характеризовали следующие параметры [148]: время задержки перемагничивания Tdf, длительность фронта т f, время перемагничивания х т, время задержки спада сигнала фотоотклика т db, длительность спада т b время нахождения образца в намагниченном (монодоменном) состоянии т sm. Эти параметры определяли следующим образом: т df - на уровне 0.05 от амплитудного значения, т f т ь -между уровнями 0.1-09, х т, х sm и х db на уровне 0.95. На рис 3.6 (кривая 1) показана зависимость времени нахождения образца в намагниченном состоянии х sm от амплитуды импульса магнитного поля Нр, полученная при фиксированной длительности импульса магнитного поля хр = 1050 не. Величина xsm возрастает с ростом Нр, при этом время намагничивания образца уменьшается (рис.3.6, кривая 2), а время задержки спада сигнала фотоотклика после окончания импульса магнитного поля увеличивается (рис.3.6, кривая 3). Увеличение xsm с ростом Нр в большей степени связано с увеличением xdb, и в меньшей степени — с уменьшением хП1. Уменьшение хт происходит как за счет уменьшения задержки перемагничивания xdf, так и за счет повышения скорости перемагничивания. На рис.3.7 показаны зависимости времени нахождения образца в намагниченном состоянии xsm от длительности импульса магнитного поля хр, полученные для различных значений Нр.
При амплитуде импульса магнитного поля незначительно превышающей величину, которая необходима для перевода пленки в монодоменное состояние, зависимость xsm (хр) линейная (рис.3.7, кривая 1), причем прямая расположена под углом 45 к оси абсцисс. Это соответствует тривиальному росту xsm вследствие увеличения длительности импульса магнитного поля. При увеличении амплитуды импульса магнитного поля вид кривой xsm (тр) изменяется: на ней появляется начальный участок более резкого возрастания хзт(рис.3.7, кривые 2-4). Это является следствием увеличения xdb с ростом Нр (рис.3.6, кривая 3). Начальный участок кривых xsm (тр) в некотором диапазоне амплитуд Нр смещается по оси абсцисс. В этом диапазоне амплитуд Нр время xdb пропорционально времени воздействия импульса от момента намагничивания тт При достаточно больших Нр не только наклон, но и положение начального участка кривой xsm (хр) не зависят от Нр. Это является следствием того факта, что xdb достигает насыщения (рис.3.6 кривая 3). Наблюдение процесса перемагничивания исследуемых Вс-МПФГ с помощью метода высокоскоростной фотографии показало, что он начинается формированием торцевой доменной стенки (ТДС), которая затем движется по толщине пленки, причем скорость ТДС в некотором диапазоне амплитуд линейно зависит от Н р. Тот факт, что на рис.3.7 конечный участок кривых 2-4 смещен вверх относительно кривой 1 на одинаковую величину xd свидетельствует о качественном изменении механизма перемагничивания Вс-МПФГ. По-видимому, при малых Нр и достаточно больших хр ТДС достигает противоположной поверхности пленки, но не разрушается. После окончания импульса магнитного поля ее структура перестраивается (что и обусловливает задержку релаксации), а затем ТДС движется в противоположном направлении и разрушается в слое с пониженной анизотропией.
При больших значениях Нр и достаточно больших хр ТДС достигает противоположной поверхности пленки и разрушается, поэтому требуется дополнительное время xd на ее зарождение. Поскольку конечные участки кривых 2-4 на рис.3.7 совпадают, то это время не зависит от Нр, поскольку процесс релаксации определяется полем смещения. Движение ТДС было исследовано во всем диапазоне ее существования. Снизу он ограничен минимальным магнитным полем, в котором формируется ТДС, сверху - минимальным полем, в котором образуется так называемая волна опрокидывания магнитного момента [122-125]. Согласно теории [99], в основе которой лежит предположение, что угол между направлением вектора намагниченности внутри ТДС и нормалью к ней изменяется так же, как в 180-градусной блоховской ДС, дает следующее соотношение для подвижности ТДС:
Вс-МПФГ (Ві,Тт)з (Fe,Ga)5 012 с ориентацией (210)
Вс-МПФГ (Bi,Tm)3(Fe,Ga)5Oi2, выращенные на подложках ГГГ с ориентацией (210), были выбраны для исследования ФМР по той причине, что среди быстрорелаксирующих ионы Тт3+ вносят наименьшее затухание. В связи с этим линия ФМР в этих пленках не слишком широкая. Кроме того, вдали от точки компенсации момента импульса гиромагнитное отношение в них меньше уо [71]. На рис.4.11 показаны спектры ФМР, наблюдающиеся при параллельном резонансе (9 = 90 ) в образце № 4 (табл.2.1) Заметим, что рядом расположенные спектры получены при направлениях внешнего магнитного поля, различающихся на 180 . Видно, что, как и для Lu-содержащих пленок, в основном формы этих соседних спектров, диапазоны магнитных полей, которые они занимают не различаются. Это свидетельствуют о том, что в Tm-содержащих также имеет место 180-градусная симметрия, которую следовало ожидать, исходя из кристаллографической ориентации пленки. Однако, существует различие амплитуд спектров (рис.4.11-а,б, рис.4.11-в,г). Из рис.4.11 видно, что спектр ФМР при параллельном резонансе содержит один пик. Это, однако, не означает, что в Tm-содержащих пленках не формируется переходный поверхностный слой. Скорее всего, из-за различия магнитных моментов подрешеток для основного объема пленки и переходного поверхностного слоя в соответствии с формулой Киттеля (1.14) эффективные значения гиромагнитного отношения для них сильно различаются. При высоком у резонансное поле выходит за пределы развертки ФМР-спектрометра, линия ФМР сильно уширяется, а ее амплитуда уменьшается до уровня шума [70]. образца № 4 (табл.2.1) при изменении полярного угла 9 в трех плоскостях, перпендикулярных плоскости пленки и задаваемых азимутальными углами Ф = 85 (рис.4.12), 310 (рис.4.13) и 40 (рис.4.14).
Как и ранее, рядом расположенные спектры получены при направлениях внешнего магнитного поля, различающихся на 180 . Видно, что в основном формы этих соседних спектров, диапазоны магнитных полей, которые они занимают, и амплитуды пиков поглощения существенно не различаются. Это свидетельствуют о том, что имеет место 180-градусная симметрия. Рис.4.12 получен для произвольно выбранного значения ф, рис.4.13 для значения ф, при котором поле параллельного резонанса минимально, рис.4.14 для значения ф, при котором это поле максимально. Видно, что во всех этих случаях наблюдается только один резонансный пик. На рис.4.15 для образца № 4 (табл.2.1) показана азимутальная зависимость резонансного поля. Видно, что максимумы на кривой Н (ф) практически эквидистантные, а их амплитуды мало отличаются. Это согласуется с тем, что пленки с ориентацией (210) являются двуосными. На рис.4.16 для образца № 4 (табл.2.1) приведены полярные зависимости резонансного поля, полученные для ф = 310 (рис.4.16, кривая 1), 85 (рис.4.16, кривая 2) и 40 (рис.4.16, кривая 3). Форма кривых Н (ф) и Н (9) согласуется с тем, что исследуемые Вс-МПФГ являются двуосными. Выводы главы 4 1. Исследуемые Вс-МПФГ (Bi,Lu)3(Fe,Ga)5Oi2 с ориентацией (210) являются слоистыми, причем основной объем пленки обладает пониженной магнитной анизотропией. 2. Для исследуемых Вс-МПФГ (Bi,Tm)3(Fe,Ga)5Oi2 с ориентацией (210) переходной поверхностный слой на спектре ФМР не проявляется. 3. Исследуемые слабо анизотропные Вс-МПФГ с ориентацией (210) являются двуосными, причем на азимутальной и полярных зависимостях резонансного поля наблюдаются два эквидистантных максимума. 4. Для Вс-МПФГ (Bi,Lu)3(Fe,Ga)5Oi2 с ориентацией (210) при варьировании азимутального угла положение пиков, связанных с основным объемом пленки и переходным поверхностным слоем, происходит без изменения их относительного положения, тогда как при варьировании полярного угла эти пики меняются местами. 5. Для Вс-МПФГ (Bi,ru)3(Fe,Ga)5Oi2 с ориентацией (210) при перекрытии пиков, связанных с основным объемом пленки и переходным поверхностным слоем, в процессе варьирования полярного угла ширина линии ФМР возрастает примерно вдвое. 1.
Слабо анизотропные Lu-содержащие Вс-МПФГ с ориентацией (210) являются слоистыми, причем основной объем пленки обладает пониженной магнитной анизотропией, тогда как в Тт-содержащих переходной поверхностный слой при ферромагнитном резонансе не проявляется. 2. Впервые показано, что при импульсном намагничивании слабо анизотропных Вс-МПФГ с ориентацией (210) зависимость скорости доменных стенок от времени является немонотонной. 3. При импульсном перемагничивании слабо анизотропных Вс-МПФГ с ориентацией (210) путем формирования и перемещения торцевой доменной стенки при увеличении амплитуды перемагничивающего импульса время задержки пленки в намагниченном состоянии изменяется скачком, причем указанный скачок не зависит от амплитуды импульса, а время задержки перемагничивания монотонно уменьшается с ростом амплитуды импульса. 4. В слабо анизотропных Вс-МПФГ с ориентацией (210) на зависимостях времени задержки спада сигнала фотоотклика после окончания импульса магнитного поля и времени нахождения образца в намагниченном состоянии от планарного магнитного поля при обоих его направлениях наблюдаются максимумы. 5. Впервые показано, что в слабо анизотропных Вс-МПФГ, не содержащих быстрорелаксирующих ионов, при ориентации (210) подвижность торцевой доменной стенки почти на два порядка величины выше, чем при ориентации (111). 6. На азимутальной и полярных зависимостях резонансного поля в слабо анизотропных Вс-МПФГ с ориентацией (210) наблюдаются два эквидистантных максимума с практически одинаковой амплитудой. 7. В слабо анизотропных Вс-МПФГ с ориентацией (210) при перекрытии пиков, связанных с основным объемом пленки и переходным поверхностным слоем, в процессе варьирования полярного угла ширина линии ФМР возрастает примерно вдвое. 8. Разработана методика получения смешанной доменной структуры, состоящей из полосовой структуры и локализованного в ней ЦМД и экспериментально показана возможность ее устойчивого существования.
