Введение к работе
Актуальность темы: Исследования неоднородных состояний и структур твердых тел представляют серьезный интерес как для научных, так и для практических целей. Изучение структур с регулярными неоднородностями, в которых возможно появление размерных и частотных эффектов, ведет к созданию новых многослойных материалов. Ферромагнетики с такими регулярными неоднородностями, как доменные структуры, и созданные из ферромагнетиков двухслойные И многослойные структуры отличаются высокой чувствительность!*» к различного рода внешним воздействиям,возможностью эффективного управления структурными и физическими свойствами при изменении внешних параметров, а также рядом особенностей р^зоь шснь. і и кинетических свойств( смещение и отсутствие резонансных частот, отрицательное магнетосопротивление и др.), причины которых долгое время оставались неясными. Это обусловило большой интерес к исследованиям неоднородно намагниченных и многослойных ферромагнетиков в научном и прикладном аспектах. Актуальность проведення исследований в данном направлении подтверждается и появлением в 1993г. идеи создания металлического транзистора, где предлагается использование ферромагнетиков с неоднородным распределением намагниченности, управляемым внешним магшпиым нолем.
Выяснение влияния размерных эффектов в неоднородных ферромагнетиках на их физические, в частности, резонансные и кинетические свойства, важно для понимания природы этих свойств и развития их микроскопической теории. С другой стороны, установление взаимосвязи кинетических и резонансных свойств ферромагнетиков с их структурой упорядоченностью раскрывает возможности прогнозирования и оптимизации технологических параметров ферромагнитных
материалов, расширения областей их практического применения за
счет
использования новых, в частности, анизотропных, электрических
свойств и резонансных характеристик.
Цель работы: изучение размерных эффектов, появляющихся в процессе перемагничивания регулярных неоднородных ферромагнитных структур, и их влияния на резонансные и кинетические свойства таких ферромагнетиков, что включает -
- исследование ферромагнитного резонанса при линейном и пара-
метрическом возбуждении в двухслойной структуре с меняющимся под воздействием внешнего магнитного поля распределением намагниченности;
- исследование магнетосопротивления в малых полях в процессе
намагничивания смещением доменных границ.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:
найдены статические и динамические пороговые поля потери устойчивости ферромагнитного слоя относительно псремагничива-ния, что является магнитной аналогией известных работ Эйлера, Лаврентьева и Ишлинского по устойчивости упругих систем под действием сжимающих усилий;
найдены распределения магнитного момента и кривые намагничивания ферромагнитного слоя на антиферромагннтной подложке при перемагничивании в двух взаимноперпендикулярных направлениях относительно направления закрепления при статической и динамической потере устойчивости;
найдены частоты магнитного резонанса и показана трансформация спектра колебаний при переходе от однородно намагниченного к неоднородно намагниченному состоянию при статической и динамической потере устойчивости относительно перемагничивания ферромагнитного слоя на антиферромагнитной подложке;
получены пороги параметрического резонанса в ферромагнитном слое на антиферромагннтной подложке;
- найдены частоты магнитного резонанса с учетом доменной
структуры, параллельной и перпендикулярной направлению закреп
ления, и получено объяснение особенностей поведения зависимостей
чистот магнитного резонанса от постоянного поля в неоднородно
намагниченном слое на антиферромагнитной подложке;
найден новый размерный эффект в ферромагнетике — ширина уменьшающегося домена сравнивается с циклотронным диаметром электронов проводимости, - приводящей к перестройке поверхностных состояний электронов проводимости вблизи доменных границ и появлению трехдомеаных состояний электронов;
показано, что появление трехдоменных состояний электронов проводимости в условиях размерного эффекта объясняет эффект отрицательного магнетосопротивления в монокристаллах ферромагнетиков при гелиевых температурах и приводит к заметной анизотропии
магнетосопротивления вдоль и поперек доменных границ;
- получен дискретный энергетический спектр электронов прово
димости в трехдоменных состояниях в условиях такого размерного
эффекта;
- найдены частоты .і амплитуды квантовых осцилляции электт ">со-
противления ферромагнетиков с доменной структурой, обусловленных
трехдомешшми состояниями электронов проводимости.
Практическая и научная значимость. Результаты диссертационной работы по исследованию статичесхих п дішамігіисчнх ііорогов потери устойчивости ферромагнитного слоя относи і елыю перемагничивания открывают возможность нового подхода к объяснению и классификации явлений, возникающих при импульсном пёремаг'ичивании ферромагнетиков. Эти результаты могут иметь важно» значение для понимания процессов, происходящих при переключении сверхсильными полями сегнетоэлектриков, жидких кристаллов, исследовании быстрой кристаллизации, фазовых переходов в несоразмерных и спиральных структурах, импульсных воздействий на экологические системы и ряда других ситуаций, когда время нарастания воздействия меньше времени релаксации системы.
Проведенный в диссертации анализ влияния нового размерного эффекта на магнетосопротивление ферромагнетиков дал объяснение долгое время остававшейся неясной проблемы отрицательного магнетосопротивления ферромагнетиков при гелиевых температурах. Установленные зависимости анизотропии магнетосопротивления ферромагнетика вдоль и поперек доменных границ от намагниченности позволяют исследовать такие параметры ферромагнетика, как циклотронный диаметр и длину свободного пробега электронов проводимости и целенаправленно использовать ферромагнитные материалы для магниторезистивных элементов электроники. Результаты, полученные в диссертации, стимулировали проведение резонансных исследований неоднородно намагниченных ферромагнетиков, изучение влияния доменных границ на электрические свойства магнитных полупроводников.
На защиту выносятся:
1. рассмотрение устойчивости ферромагнитного слоя относительно перемагничивания как магнитной аналогии работ Эйлера, Лаврентьева, Ишлинского по устойчивости упругих систем под действием
сжимающих усилий;
2. трансформация спектра колебаний при переходе от однородно нама
гниченного к неодіюродно намагниченному состоянию при статической
и динамической потере устойчивости относительно перемапшчииания
ферромагнитного слоя на антиферромагнитной подложке;
3. получение порогов параметрического резонанса и объясне
ние особенностей зависимости частоты магнитного резонанса от
постоянного поля в неоднородно намагниченном слое на акти фер
ромагнитной подложке с учетом доменной структуры;
4. новый размерный эффект в ферромагнетике — ширина
уменьшающегося домена сравнивается с циклотронным диаметром
электронов проводимости, - приводящей к появлению трехдоменных
состояний электронов и объясняющий эффект отрицательного магне-
тосопротивления в монокристаллах ферромагнетиков при гелиевых
температурах;
5. дискретный энергетический спектр электронов проводимости в
трехдоменных состояниях в условиях такого размерного эффекта;
6. частоты и амплитуды квантовых осцилляции электросопро
тивления ферромагнетиков с доменной структурой, обусловленные
трехдоменными состояниями электронов проводимости.
Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на Второй Всесоюзной конференции по теории твердого тела (Москва, 1969); на Всесоюзных конференциях по физике магнитных явлений (Баку, 1975; Донецк, 1977; Пермь, 19S1; Тула, 1983; Донецк, 1985; Калинин, 1988; Ташкент, 1991); на Всесоюзном семинаре по резонансным явлениям (Ленинград, 1980); на Международных коллоквиумах по магнитным пленкам и поверхностям (Прага, 1970; Познань, 1979); на Международных конференциях по магнетизму (Сан-Франциско, 1985; Париж, 1988; Эдинбург, 1991); на Международной конференции по физике переходных материалов (Киев, 1988); на Всесоюзных симпозиумах по неоднородным электронным состояниям (Новосибирск, 1987 и 1991); на Международном симпозиуме по теоретической физике "Магнитные мультислои и низксразмерный магнетизм" (Коуровка, 1994).
Публикации. По материалам диссертации имеется всего 45 публикаций; основное содержание работы изложено в 24 из них, список которых под номерами А1-А24 приведен в конце автореферата.
-С -
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит два раздела, каждый из них состоит из введения, пяти глав и сопровождается выводами; диссертации в целом завершается заключение*; и списком литературы из 170 наименований. Общий объем работы составляет 200 страниц, в том числе 59 рисунков на 43 страницах.