Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Сведения об объемных монокристаллах и эпитаксиальных ішенках ферритов-гранатов .. 9
1.1. Объемные монокристаллы ферритов-гранатов..,. 9
1.2. Эпитаксиальные пленки ферритов-гранатов... 12
1.3. Свойства пленок ферритов-гранатов в окрестности точки магнитной компенсации 15
1.4. Анизотропия эпитаксиальных пленок ферритов--гранатов 19
1.5. Влияние высокотемпературного отжига на анитэозфррю и структуру пленок 23
1.6. Неоднородность пленок ферритов-гранатов по толщине 26
1.7. Несквозные магнитные домены 31
Глава 2. Типы компенсационных поверхностей и параметры тонких висмутсодержащих пленок ферритов--гранатов 40
2.1. Возможные типы компенсационных поверхностей в пленках 40
2.2. Измерение намагниченности и констант анизотропии. 51
2.3. Изменение свойств многослойных пленок висмутсодержащих ферритов-гранатов под действием высокотемпературного отжига... 67
2.4. Выводы 74
Глава 3 Теоретическое и экспериментальное исследование процессов намагничивания одноосных пленок магнитных гранатов с наклонной компенсационное поверхностью 76
3,1, Теория процессов намагничивания одноосных пленок магнитных гранатов с наклонной плоской компенсационной поверхностью 76
3.2. Экспериментальное исследование одноосных пленок ферритов-гранатов с наклонными компенсационными поверхностями 87
3.3. Перемагничивание пленок с наклонными компенсационными поверхностями и широкой областью магнитной компенсации 93
3.4. Изменение характера перемагничивания пленок со сложным профилем компенсационной поверхности при уменьшении толщины 109
3.5. Выводы 113
Глава 4 Несквозные и внутриобмные домены в пленках ферритов-гранатов со сложным профилем компенсационной поверхности 115
4.1. Процессы перемагничивания пленок с компенсационной поверхностью с одним минимумом 117
4.2. Взаимодействие несквозных и внутриобъемных доменов различного типа в пленках, обладающих компенсационной поверхностью с двумя минимумами 155
4.3. Влияние толщины пленок на интервал устойчивости несквозных и внутриобъемных доменов 190
4.4. Перемагничивание многослойных пленок, полученных методом многократной эпитаксии 202
4.5. Выводы 207
Заключение
Литература
- Свойства пленок ферритов-гранатов в окрестности точки магнитной компенсации
- Измерение намагниченности и констант анизотропии.
- Экспериментальное исследование одноосных пленок ферритов-гранатов с наклонными компенсационными поверхностями
- Взаимодействие несквозных и внутриобъемных доменов различного типа в пленках, обладающих компенсационной поверхностью с двумя минимумами
Введение к работе
Повышенный интерес к изучению ферритов-гранатов в значительной степени обусловлен тем, что материалы этого семейства нашли широкое применение в технике СВЧ, магнитооптике, вычислительной технике и акустике. В связи с этим интенсивно исследуются магнитные, оптические и резонансные свойства ферритов-гранатов, разрабатываются методы контроля их параметров. Диапазон сферы применения массивных монокристаллов и эпитаксиальных пленок ферритов-гранатов непрерывно расширяется.
Одним из наиболее впечатляющих примеров является использование эпитаксиальных пленок смешанных редкоземельных ферритов--гранатов в качестве рабочей среды для запоминающих устройств (ЗУ) вычислительной техники на цилиндрических магнитных доменах (ІЩ). С целью повышения плотности записи в таких ЗУ в настоящее время осуществляется переход к ІЩ малого диаметра (менее микрона) , которые существуют в пленках субмикронной толщины. Это, в свою очередь, предъявляет особые требования к степени однородности пленок вдоль нормали к развитой поверхности. Однако, если отказаться от использования сквозных (по толщине) доменов, то неоднородность пленок можно использовать для создания градиента магнитных параметров, обеспечивающего устойчивое существование несквозных (приповерхностных или внутриобъемных) доменов, обладающих рядом преимуществ перед сквозными ЦМД. В частности, неоднородные пленки, в которых несквозные домены локализуются на различной глубине, могут служить основой для создания многоуровневых ЗУ с повышенной плотностью записи информации.
Для физических исследований удобным объектом являются эпитаксиальные пленки висмут содержащих ферритов-гранатов, обладающие огромным фарадеевским вращением (10град "см""1 и более), позволягощим эффективно использовать возможности магнитооптических методов.
Несмотря на то, что ежегодное количество публикаций, связанных с эпитаксиальными пленками ферритов-гранатов, исчисляется сотнями, многие важные вопросы, касающиеся их свойств, остаются невыясненными. Отсутствуют экспериментальные данные о перемагничивания неоднородных пленок и о влиянии характера неоднородности на устойчивость несквозных доменов различного типа. Практически не изучены свойства внутриобъемных доменов. Крайне скудны и малочисленны сведения о связи магнитных параметров пленок с условиями их синтеза. Не изучено влияние высокотемпературного отжига на структуру пленок. Не разработана теория процессов перемагничивания одноосных пленок с плоскими наклонными компенсационными поверхностями.
В настоящей работе выполнено теоретическое и экспериментальное (методами магнитооптики) исследование в широком интервале изменения напряженности магнитного поля (0 - 20 кЭ) и температуры (80 К - 500 К) свойств эпитаксиальных пленок висмут содержащих ферритов-гранатов с целью:
а) исследования влияния высокотемпературного отжига на параметры и слоистую структуру пленок;
б) изучения возможности создания в пленках заданного распределения магнитных параметров;
в) исследования влияния характера неоднородности на свойства несквозных доменов;
г) установления теоретических закономерностей, управляющих процессами перемагничивания одноосных пленок с плоской наклонной компенсационной поверхностью.
Работа состоит из введения, четырех глав и заключения. В первой главе представлен обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных исследованию массивных монокристаллов и эпитаксиальных пленок ферритов-гранатов. Наиболее подробно рассмотрены вопросы, дальнейшее развитие которых составляет основу оригинальных глав данной работы, а именно: влияние высокотемпературного отжига на параметры и структуру пленок, намагничивание пленок с наклонной компенсационной поверхностью, неоднородность свойств пленок по толщине, влияние характера неоднородности на свойства несквозных доменов, и т.д.
Во второй главе изложены результаты исследования влияния высокотемпературного отжига на параметры и слоистую структуру пленок ферритов-гранатов состава. ff&dH )j( Ai)sD12 [1,2]. Для тонких пленок с различной кристаллографической ориентацией, выращенных при разных температурах роста Тр » представлены результаты измерений температуры магнитной компенсации, температуры Кюри, намагниченности насыщения, констант одноосной, кубической, ромбической анизотропии и угла отклонения оси легкого намагничивания (ОЛН) от нормали. Исследование зависимости температуры компенсации от температуры роста позволило разработать методику создания в пленках заданного сложного профиля компенсационной поверхности в выбранной области температур компенсации, обеспечивающего устойчивость несквозных (в том числе внутриобъ-емных) доменов различного типа Сз,4].
В третьей главе приведены результаты теоретического и экспериментального исследования процессов намагничивания одноосных ферримагнитных пленок с наклонной компенсационной поверхностью [5-9]. Вариационным методом получено строгое решение задачи о форме межфазной границы в пленках с наклонной компенсационной поверхностью, определены пределы применимости приближенных моделей. В широкой области температур и магнитных полей проведено экспериментальное исследование процессов перемагничивания в пленках феррита-граната состаш(У да (7 /1. е наклонными компенсационными поверхностями и с большой шириной области магнитной компенсации /\ТК • Предсказываемые теорией закономерности перестройки компромиссной границы хорошо подтверждаются на практике, хотя проведение количественных оценок осложняется тем фактом, что в пленках с широкой областью 6 Тк существуют несквозные домены различного типа.
Четвертая глава содержит результаты исследования процессов перемагничивания пленок с заданным сложным профилем компенсационной поверхности [3,4]. Исследовано влияние профиля компенсационной поверхности на устойчивость несквозных (внутриобъемных) доменов. Определены границы областей существования различных доменных структур на плоскости Н-Т , а также условия перехода их друг в друга. Для пленок, в которых распределение намагниченности по толщине допускает одновременное существование несквозных (приповерхностных и внутриобъемных) доменов с различной локализацией по толщине, изучено взаимодействие несквозных доменов различного типа Выполнено сравнение пленок с одинаковым градиентом намагниченности, но с различным распределением энергии доменных границ по толщине. Исследованы структура и процессы перемагничивания в многослойных пленках, полученных методом многократной эпитаксии, и проведено сравнение их с пленками со сложным профилем компенсационной поверхности, синтезированными в едином эпитаксиальном цикле в неизотермических условиях.
В Заключении сформулированы результаты выполненной работы.
Основное содержание диссертации опубликовано в работах [1-9], а также докладывалось на УІІ и УІІІ Всесоюзных школах--семинарах "Новые магнитные материалы для микроэлектроники" (Ашхабад, 1980; Донецк, 1982) и Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений (Пермь, 1981).
На защиту выносятся результаты:
- экспериментального исследования влияния высокотемпературного отжига на параметры и слоистую структуру висмут содержащих пленок ферритов-гранатов;
- разработки методики создания в пленках заданного профиля компенсационной поверхности, обеспечивающего устойчивость несквозных доменов различного типа;
- теоретического и экспериментального исследования процессов намагничивания пленок с наклонной компенсационной поверхностью;
- экспериментального исследования внутри объемных доменов в пленках со специально выбранным профилем компенсационной поверхности и влияния характера распределения энергий доменных границ на область их устойчивости;
- экспериментального исследования взаимодействия несквозных доменов различного типа.
Свойства пленок ферритов-гранатов в окрестности точки магнитной компенсации
Явления вблизи точки компенсации в ферритах-гранатах уже много лет привлекают внимание физиков. К настоящему времени в окрестности точки компенсации обнаружены аномалии многих физических величин. Магнитооптические исследования ферритов-гранатов в точке компенсации начались после того, как была обнаружена смена знака угла поворота плоскости поляризации света в гольмиевом феррите-гранате при прохождении через Г [21].
В идеально однородной по составу пленке температура компенсации одинакова во всех точках пленки и не зависит от координат. Однако реальные пленки, как правило, имеют градиент состава как по толщине, так и в развитой плоскости, т.е. в определенной области температур в пленке может присутствовать так называемая компенсационная поверхность, на которой обращается в нуль результирующая намагниченность [48]. Компенсационную поверхность, в отличие от компенсационной границы, нельзя наблюдать в поляризованном свете. Компенсационной границей называют межфазную поверхность, разделяющую области с антипараллельной ориентацией векторов намагниченности однотипных подрешеток, т.е. низкотемпературную и высокотемпературную коллинеарные фазы. Межфазную границу, не совпадающую с компенсационной поверхностью, называют "компромиссной" границей; в противном случае (совпадение межфазной границы с компенсационной, поверхностью) говорят об истинной компенсационной границе [49,50]. На компромиссных и истинных компенсационных границах происходит разворот векторов намагниченности однотипных подрешеток на 180, сопровождающийся сменой знака угла поворота плоскости поляризации света, поэтому их можно наблюдать в поляризованном свете [48].
Впервые компенсационные стенки наблюдали в пластинах галлий - 16 - замещенного ЖИГ в 1967 году [51]; подробно их исследовали авторы работ [48,52], которые наблюдали перемещение компенсационной границы при изменении температуры и сделали вывод, что такие границы существуют только в ферримагнетиках с градиентом состава. В отсутствие магнитного поля в пленке реализуется вертикальная сквозная межфазная граница, которая из-за меньшей поверхностной энергии более выгодна, чем истинная компенсационная граница [49,50]. При увеличении поля происходит процесс перестройки компромиссной границы, положение и форма которой определяются поверхностной энергией границы и энергией взаимодействия магнетика с внешним полем [49,5(f).
В сильных магнитных полях компромиссная стенка стремится к поверхности М = 0 , образуя истинную компенсационную границу; затраты энергии на образование компенсационной границы окупаются уменьшением энергии взаимодействия магнетика с внешним полем [49,50].
При магнитооптическом исследовании пленок с компенсационными поверхностями различного вида в окрестности температур компенсации может наблюдаться большое число областей с разным фа-радеевским контрастом; это явление по разному объясняли ряд авторов [48-60]. Авторы [48,52] ошибочно считали положение компенсационной границы не зависящим от магнитного поля; наблюдаемые ими (в геометрии эффекта Фарадея) области с различным значением угла поворота плоскости поляризации света, которое было следствием перестройки во внешнем поле компромиссной границы к истинной компенсационной, они приняли за уширение компенсационной границы. Расчет зависимости ширины 4 и энергии (Р компенсационной границы от поля И показал [48,53], что А слабо убывает с ростом Н , а (э увеличивается, что противоречит результатам экспериментов [48,52].
Авторы работ [49,50,54,55] пришли к выводу, что в исследуемых ими пленках существуют наклонные компенсационные границы, однако в этом случае могло наблюдаться лишь три области с различными значениями угла поворота плоскости поляризации света, тогда как в [54] сообщалось о четырех, а в Q49] - о шести таких областях. Аналогичные явления наблюдали авторы работы [56] , которые выдвинули ошибочную гипотезу о дискретной зависимости магнитного момента редкоземельной подрешетки от поля. Авторы работы [57]] , исследовавшие вблизи Тк пленки состава)! l}dofe g&an01z, предложили ступенчатую межфазную границу, но никаких предположений о причинах возникновения такой границы не сделали.
Поведение висмутсодержащих пленок ферритов-гранатов вблизи 7 по эффекту Фарадея изучалось авторами работ [58-60]] . Результаты их экспериментов свидетельствуют, что эпитаксиальные пленки ферритов-гранатов, которые раньше считались монолитными (за исключением двух приповерхностных слоев), на самом деле состоят из множества слоев, отличающихся по параметрам, в частности, по температуре компенсации Тк . Кажущееся "уширение" межфазной границы в магнитном поле и появление областей с различным значением угла поворота плоскости поляризации света, как показали авторы [58-6р] , связано с перестройкой вертикальной сквозной компромиссной межфазной границы к истинной компенсационной, которая имеет ступенчатый вид. Пошаговое стравливание пленки приводило к последовательному исчезновению слоев и соответствующих ступенек на петлях гистерезиса, что подтверждало выдвинутую гипотезу о слоистости пленки.
Измерение намагниченности и констант анизотропии.
Намагниченность М0 и характеристическая длина 1у измерялись методом, описанным в [178]. Полевая зависимость приведенной намагниченности М(Ю/М0 необходимая для определения А? ,. рассчитывалась по измеренной зависимости "интегрального" фара деевского вращения ф от поля И по формуле: угол поворота плоскости поляризации света в пленке в однородно намагниченном состоянии. Измерения зависимости 9Р(Н\ проводились на установке, аналогичной изображенной на рис.2.2., за исключением того, что вместо микроскопа 6 использовался фотодиод. Анализатор был снабжен лимбом, позволяющим отсчитывать углы поворота плоскости поляризации с точностью до I . Для уменьшения погрешности измерений использовался метод вилки.
Основная погрешность при определении М0 была связана с ошибкой в измерении толщины пленок k и периода доменной структуры Л в размагниченном состоянии. Период Ъ0 измерялся по диаметру диффракционного кольца, создаваемого при прохождении лазерного излучения ( Л = 0,63 мкм) через исследуемую пленку. Толщина /г обычно определялась прямым методом (по сколу) с помощью микроскопа с точностью Ь%. В целом ошибка при измерении М0 не превышала 15$.
На рис.2.6. приведены графики зависимости М0(Тр) , снятые при комнатной температуре, для пленок серий №и№3 (зависимости М0(ТР) Для пленок серий Ж и №3 практически одинаковы). Различие в ходе кривых объясняется тем, что для пленок серии Ш температура компенсации выше комнатной температуры, а для пленок серии ЖЗ - ниже (см. рис.2.3.). анизотропии, а также угол v отклонения 0JIH от нормали к поверх-ности пленки определяли методом "однородного зарождения" [87,85]. Блок-схема установки для измерения констант анизотропии и угла vu изображена на рис.2.7.
Свет от источника I (лампа накаливания или лазер) проходил через отверстие в лимбе 2 (лимб 2 служил для отсчета угла поворота V7 в плоскости пленки), поляризатор 3 и попадал на образец 4, закрепленный на вертикальном держателе в зазоре электромагнита 5. На выходе системы располагались анализатор 6 и микроскоп 7. Магнит 5 монтировался на поворотном столе, обеспечивавшем вращение на уголі/ 25 в горизонтальной плоскости вокрут неподвижного образца. Угол v отсчитывал ся с точностью 0,1.
Образец помещался в специальную оправку, позволяющую вращать пленку вокруг оптической оси на произвольный угол if . Поперечные сечения оправки с образцом в плоскостях, перпендикулярной и параллельной оптической оси системы, показаны соответственно на рис.2.8а и 2.86.
Образец I приклеивался на втулку 2 с отверстием (для пропускания света), помещенную в обойму 3. Обойма 3 была жестко за-, креплена на вертикальном держателе 4. Фиксация втулки в выбранном положении осуществлялась винтами 6; отсчет угла поворота втулки if вокрут оптической оси 5 проводился с помощью прозрачной клинообразной пластины 7, приклеенной на втулку 2. Отраженный от пластины 7 лазерный пучок попадал на лимб 8, обеспечивающий отсчет угла if с точностью / 1.
При фиксированных значениях утла if (достаточно выполнить измерения в 12 точках для значений р =30/1 , где гь =0,1, 2,...,11) определялась напряженность магнитного поля Нкр и угол поворота магнита vk.a , необходимые для образования доменной структуры при уменьшении поля путем фазового перехода второго ро да. При этом в окрестности перехода при Н Нк наблюдалась доменная структура со смешанной полярностью, содержащая (примерно в равной пропорции) обрывки полосовых доменов и разнополяр-ные ІВД [85,87]. Использованная нами методика несколько отличалась от предложенной в [85,87], где вместо поворота магнита на. угол v p использовался дополнительный источник магнитного поля, ориентированного перпендикулярно развитой поверхности пленки.
Определение Нкр производилось визуально. Большое фарадеево вращение висмутсодержащих пленок позволяло определять Нкр с точностью 50 Э. Далее вычислялись проекции поля Нкр на развитую плоскость пленки Нц - Н cos vKp и на нормаль к поверхности Н НкрЗІпі/крЯ строились графики зависимостей //,,() и / () которые затем подвергались Фурье-анализу,
В большинстве пленок (III)-ориентации вторая гармоника в ряде Фурье (2.46) была пренебрежимо мала и для расчета характеризующих анизотропию параметров пленок использовались приближенные формулы:
Экспериментальное исследование одноосных пленок ферритов-гранатов с наклонными компенсационными поверхностями
Экспериментальное исследование процессов намагничивания эпитаксиальных пленок ферритов-гранатов в области магнитной компенсации показало, что в общем случае компенсационная поверхность может иметь произвольный вид (см. раздел 2.1.). Слоистая структура пленок характеризуется наличием как вертикальных, так и наклонных участков КП; возможно нарушение монотонности изменения 1 по толщине [l38. В отдельных случаях скачкообразные изменения "L по толщине вообще отсутствовали, и КП имела вид /с плоскости, составляющей угол Jb с нормалью /Г к развитой поверхности пленки (пленка М, рис.2.1в).
Выполненный в разделе (3.1.) теоретический анализ, где предполагалось отсутствие доменов, адекватно описывает свойства реальных пленок лишь в том случае, если область магнитной компенсации й ТК (т.е. область температур, когда в пленке присутствует КП) невелика. При больших значениях Z)L намагниченность в уда Is ленных от КП частях пленки становится достаточной для образования доменной структуры. Возникающие при этом домены могут быть как сквозными, так и несквозньми, причем в общем случае (для произвольного профиля КП) характер распределения намагниченности по толщине может допускать существование несквозных доменов как с замыкающей границей, так и без нее, локализованных у любой из развитых поверхностей пленки, а также внутриобъемных доменов [і38,І63].
Ниже на примере пленки МО толщиной 40 мкм (диаграмма состояния, зависимости Ф(Ти Ф0(Г)щк Н = 20 кЭ, а также распределение L по толщине изображены на рис.3.5. , нижняя часть диаграммы для наглядности упрощена - см. раздел 3.3) обсуждается методика определения структуры многослойных пленок с наклонными КП.
В многослойных пленках с вертикальными КП число линий в верхней части диаграммы совпадает с числом слоев (см. [рд]), поэтому все линии диаграммы состояния на плоскости Я- Г можно пронумеровать таким образом, чтобы номер каждой линии соответствовал номеру слоя, движение вертикальной компромиссной границы в котором порождает данную линию. Слои с наклонными компенсационными поверхностями дают на диаграмме по две линии каждый. Кроме того, положение точки выхода наклонной компенсационной поверхности на одну или обе граничные плоскости данного слоя может совпадать с положением вертикальных или наклонных компенсационных поверхностей в соседних слоях (например, слои 1,2,3, слои 3,4 и 6,7 в пленке МО), поэтому нумерация линий на диаграмме становится более сложной (рис.3.5а), и взаимнооднозначное соответствие между числом линий и числом слоев утрачивается. По этой причине порядок расположения слоев для пленки МО непосредственно по диаграмме и зависимостям Р(Т)ъ1 т (Т)(сш, рис.3.5.) определить было нельзя и для восстановления структуры применялся метод постепенного уменьшения толщины пленки путем механического сполировывания абразивным порошком с размером зерна і мкм (тем не менее, по характеру взаимодействия межфазных границ с поверхностными дефектами в сильном поле можно было сразу установить, что линия I относится к слою на границе раздела пленка-подложка, а линия 7 - к слою на свободной поверхности). Наблюдаемые при этом изменения в верхней части диаграммы (об изменениях в нижней части см, раздел 3,3.) сводились к следующему. Сначала происходило постепенное смещение правого края диаграммы (линия 7) в область низких температур, а левый край диаграммы оставался неизменным. При толщине пленки k = 8,5 мкм линия (7) исчезла, а дальнейшее уменьшение толщины (до А =1,3 мкм) сопровождалось исчезновением линий, диаграммы в следующей последовательности: (6,7), (5) и (3,4). . Положение линий (I) и (1,2,3) при этом не менялось. Вид зависимостей Ф(Т)ж Г)для некоторых значений толщины пленки приведен на рис,3.56.
Анализ изменения вида зависимостей Ф(Т)т/і tfL(T), а также диаграмм состояния в процессе уменьшения толщины позволил однозначно определить число и порядок расположения слоев в пленке
Было установлено, что в исходном состоянии ( k = 40 мкм) пленка содержала 7 слоев, причем слои 2, 4, 5 и 6 (считая от подложки) обладают вертикальными КП, а слои I, 3 и 7 - наклонны-, ми (с углом наклона [Ь , близким к 90). Область магнитной компенсации пленки простирается от 260 К до 364 К, температура Кюри J составляет 403,5 К. Толщины отдельных слоев и значения LH./5 В НИХ (для выбранной точки.наблюдения) приведены в Таблице I. Линии на диаграмме рис.3.5а пронумерованы в соответствии с порядком расположения слоев в пленке НО (начиная от подложки).
Отметим еще одну особенность линий на диаграмме рис.3.5а. Если выбранная линия относится к слою с вертикальной КП (линия 5), то скачок угла поворота плоскости поляризации света йФ при проходе через данную линию практически не зависит от поля под-магничивания и определяется только толщиной данного слоя. Если линия относится к слою с наклонной КП (линии I и 7), то величина йФ при увеличении напряженности поля асимптотически стремится к нулю (см. раздел 3.1.). В случаях, когда точки выхода наклонной КП в каком-либо слое на его границу совпадают с аналогичными точками в соседних слоях (линии (3-4), (6 7) и (I, 2, 3)), скачок угла поворота плоскости поляризации света дФ . при увеличении Н асимптотически стремится к величине, определяемой толщиной соседнего слоя с вертикальной КП (соответственно слои 4, 6 и 2). Эти особенности отчетливо, прослеживаются на зависимостях Ф(Т) при Н = 20 кЭ (рис.3.56).
На рис.З.бв показан профиль распределения L по толщине пленки, определенный по температурным зависимостям Ф и 9 и по результатам экспериментов по постепенному уменьшению толщины пленки методом механической полировки. В последнем случае измерялась температура, соответствующая совпадению точки на линии выхода КП на верхнюю (сполировываемую) поверхность пленки в сильном поле с точкой наблюдения. Результаты, полученные этими методами, практически совпадают друг с другом.
Взаимодействие несквозных и внутриобъемных доменов различного типа в пленках, обладающих компенсационной поверхностью с двумя минимумами
Процессы перемагничивания в пленках с двумя минимумами в КП настолько сложны и многообразны, что без информации о законе распределения температуры компенсации Lfz) по толщине разобраться в них практически невозможно.
Профиль КП для одной из исследованных пленок (пленка МЗ, \l = 60 мкм, ориентация подложки - (III)) изображен на рис. 4.196. На рис.4.19а приведена диаграмма.состояния на плоскости Н Т для этой пленки в полях Н 1,5 кЭ. Ншшяя часть диаграммы дана в упрощенном виде; подробная диаграмма состояния в слабых полях изображена на рис.4.20. (обозначения линий на диаграмме даны в Таблице 4s).
На диаграмме рис.4.20. ввиду ее сложности приведены не все линии; в частности, на ней отсутствуют линии, соответствующие вы - 157 llpmT=consi KII в общем случае разделяет пленку на 5 слоев, толщина которых Аг определяется рабочей температурой Т (см. рис.4.196). Границы между слоями образуются наклонными участка ми компенсационной поверхности /\Ь , ВС , СИ жХЕ , которые в однородных в развитой плоскости пленках с достаточной точностью могут считаться горизонтальными (за исключением окрестности то чек /J , 8 , С , Ъ и Е ); этим приближением мы и будем пользо ваться при графическом изображении процессов перемагничивания пленки (см. далее)
Каждый из слоев дает линию на диаграмме состояния рис.4.19а#, нумерация слоев и линий начинается от подложки. Компенсационная поверхность в пленке Ш.Ъ существует при 156,6 К Т 256,5 К.
Расшифровка диаграммы состояния и относительное расположение слоев определялось следующим образом. По отсутствию взаимодействия межфазных границ, движение которых порождает линии I, 3 и 5 на рис.4.19а можно было установить, что соответствующие слои не являются соседними; аналогичная ситуация имеет место и для линий 2 и 4. Межфазная граница в слое 5 сильно взаимодействует с дефектами на свободной поверхности пленки, что дает право отнести ее к верхнему слою, т.е. к слою 5. Поскольку линии теснению незамкнутых областей с M/fH в і -ом слое ( і = 1,...,5) за счет увеличения размеров несквозных (внутриобъемных) доменов с МНЇЇ і локализованных в этом слое, что приводит к,образованию одной или двух компенсационных границ, отделяющих і -ий слой от остальных. Отсутствуют также линии, соответствующие коллапсу несквозных (внутриобъемных) доменов при вытеснении их сквозными доменами.
За пределами области температур компенсации пленки Д Тк понятие слоев теряет свой конкретный смысл; тем не менее, для описания процессов перемагничивания им удобно пользоваться и в этом случае, имея ввиду окрестности вблизи пяти экстремумов в распределении TK(z). 4. и 5 в слабых полях сливаются в одну линию г и Я.(см. рис. 4.20.), соответствующие слои обязательно граничат друг с другом. Это, в свою очередь, однозначно определяет положение слоя 2 (линия. 2). Пересечение линии 3 с линиями 2 и 4 (точки Is и 3j на рис.4.19а и 4.20.) приводит к смене циклов, т.е. к изменению характера процессов перемагничивания, т.е. слой 3 расположен между слоями 2 и 4. Последний из слоев - 1-ый, таким образом, расположен на границе раздела пленка-подложка.
Положение наклонных КП определялось по скачкам угла поворота плоскости поляризации света &Ф(Г) при прохождении межфазных границ через выбранную точку наблюдения (эта методика описана подробно в разделе 4.1). Средняя температура компенсации Тк ,. вычисленная по формуле (3,25), для пленки ЖЕЗ составляет 189 К.
В пленке ЩЗ наблюдалось более 20-ти различных циклов перемагничивания. На диаграмме рис.4.20. представлено 18 циклов (135 К 7 290 К). Наиболее интересные из них описаны ниже и сопровождены рисунками со схематическим изображением процессов перемагничивания и фотографиями наблюдавшихся доменных структур.
При Т L. намагниченность М велика у границ раздела плен-ка-подложка (z =0), пленка-свободное пространство ( z = k ) и в центре (z /7/ -34 мкм), т.е. в слоях I, 3 и 5, и мала в слоях 3 и 4.
В области температур 80 К Т ТА = 138 К при уменьшении напряженности поля в образце зарождаются сквозные полосовые доме-ны (линии /1 на рис.4.20а); затем в сквозных доменах с мин возникают несквозные ВДЦ, локализованные у подложки, сМ If Я (ли-нии й Aj), Размеры сквозных доменов с МИН увеличиваются, и в некотором поле в них зарождаются несквозные приподоюжечные ЩІД с М I/ Н (линии зарождения на диаграмме не указаны). При Н - 0 в пленке наблюдаются сквозные полосовые домены, в которых нахо дятся приподложечные разнополярные ЦМД (в. сквозных доменах с МІЇН расположены ІЩ оМНН , и наоборот). Диаметр ІВД много меньше ширины полосовых доменов, dnMJJ - (0,1-0,2) а . В поле противоположной (по отношению к исходной) полярности сквозные домены сМІіН постепенно уменьшаются в размерах и "зажимают" несквозную структуру в 1-ом слое; вытеснение сквозных доменов с ИНН заканчивается в некотором критическом поле (линии я J /4 J ); затем коллапсируют несквозные ІЩ сМ \\Н (линии ct, А ). Коллапс несквозных ЦМД наблюдается и при повторном намагничивании пленки полем ранее использованной полярности из состояния Н =0. При Г = Тл = 138 К линии зарождения несквозных ІЩ 0С1 L и сквозных доменов dz L пересеклись в точке Я1 , после чего (в 1-ом цикле, 138 К =ТЙ Т Та= 147 К) линии зарождения сквоз-ных доменов перешли в линии прокола не сквозных ЦМД {А. & ) (ли-ний зарождения которых А? В ). Не проколотые приподложечные ЦМД "зажимаются" сквозными доменами и коллапсируют в поле противоположной полярности. "Свободный" коллапс несквозных ЦМД наблюдается лишь при повторном намагничивании (линии Аг &$ ) из состояния Н = 0.
