Введение к работе
Актуальность темы. В 60-70-х годах стало формироваться направление исследований в физике магнитных явлений, известное как микромагнетизм. Этот раздел физики магнитных явлении, как еще отмечал Браун У. Ф., по пространственным масштабам занимает промежуточное положение между атомными, спиновыми свойствами и макромагнетизмом. С точки зрения математического аппарата микромагнетизм базировался на хорошо известных вариационных принципах и уравнении Ландау-Лифиица. В определенной мере это теории феноменологического уровня. Прямые экспериментальные методы исследования "мезомагнетизма" осуществились лоренцевой электронной микроскопией визуализации тонкого магнитного распределения в пленочных объектах.
В 80-х годах появилась достаточно обширная литература, например работы Борисова А.Б., Танкеева А. П., Шагалова А.Т., в которой все чаще и чаїце начали применяться различные нелинейные подходы в микромагиетизкэ. С одной стороны это было навеяно
Теорией аВТОСТруКТур В СИНергеТНКО, С ДРУГОЙ - применялись ЕУЧИС-
лителыше методы по идентификации топологических особенностей псевдовекторных полей. Достаточно сильным'направлением работ было солитонное и автосолитонноо представления СКудряшов Н.А. ,1989 г.; Кернер Б.С,'Осипов В.В., 1931 г.). Стало очевидным, что традиционный подход в мнкромагнетизкэ через уравнение Ландау-Яифшица с цельа объяснения различного рода топоособенностей распределения вектора намагниченности в ультрадисперсных и аморфных планарных средах почти нереален даг.э с прикэненвом ЭВМ. Появились более простые нелинейные уравнения синус-Гордона п его полиномиальные реализации; обобщенные уравнения Кортевега-де Фриза, а также векторные аналоги типично "синергетических" уравнений. Среди них кубическое уравнение Шредингера, обобщенное уравнение Гинзбурга-Ландау. Кроме того, в последние несколько лет была существенно продвинута солитонная концепция до автосолитоноз, частного вида автоструктур. В связи с указанными обстоятельствами моето утверждать, что в теории микромагнетизма появился принципиально новый подход, концепция, основанная на различных нелинейных моделях. Пожалуй, серьезный недостаток нелинейного направления ФМЯ - это несопоставимо малое количество экспериментальных исследований в сравнении с теоретическим потенциалом, выполненное на реальных, в
4 частности, ультрадисперсних, аморфных плакарных средах СПС).
Б последние десятилетие интенсивно велись разработки и уже созданы полупромышленные образцы сред ортогональной записи на основе аморфных пленок, в частности, типа редкая земля-переходной металл (РЗ-ШО. Как ни казалось бы странным, несмотря на то, что тер.-омагииткая запись ухе устойчиво осуществляется, сформирован ряд магнитных характеристик, входящих в технический паспорт сред памяти, но сам механизм ка уровне микромагнетизма совершенно не ясен. Есть работы о природе возникновения перпендикулярной анизотропии на атомном уровне в терминах, например, Со-Со пар или эллипсоидального форм-фактора СХендрик К. и Кобе С, 1S82 г.). Последние несколько лет вошло в обиход специалистов по магнитной д.тзотропии понятие столбчатой, колонковой структуры СЛими Э., Дпрко А. и Гилмер Г., 1980-1983 г.г.). Основной вопрос прикладников и эксплутационников: на каких областях тонкой магнитной лтруктуры Ш'О и посредством каких механизмов производится запись - остается невыясненным.
В СЕЯзи с этим пэред соискателем были поставлены следующие цели и задачи.
-
Для сравнительно хорошо известных пленок мелко- и ультрадисперсного пермаллоя, которые обладают достаточно сложным тонким магнитным разбиением, привлекая метсцы теории нелинейных, колебаний решить задачу идентификации магнитных особенностей. Получая пленки Fe-Ni при различных тошературах подложки, с добавлением соответствующих модификаторов, при воздействии перпендикулярного магнитного поля в рамках теории бифуркаций попытаться установить характер топологических особенностей микромагнетизма. Построить адекватную математическую модель для описания бифуркационной динамики найденных топоосо'бенностей.
-
Рассматривая ТМР в ультрадисперсных пленках как активную нелинейную среду, установить по возможности аналитические типы топологических магнитных неоднородностей, которые появляются при ортогональных воздействиях.
.3. Провести сравнительный лоренцмикроскопический анализ, с применением лазернодифрактометрического' метода обработки слоеных структур пленок, на которых есть устойчивая, приемлемая по техническим условиям запись и на которых записать информацию не удалось. Использовать аморфные пленки Tb-Fe, приготовленные на кафедре ФТТ МИФИ (Быковский Й.'А.}, а термомагнитная запись
осуществлена в лаборатории магнетизма Фролова Г. И. (КФ СО РАН, г. Красноярск).
Изучить реакцию по перестройке магнитной структуры на Ьпеыкое перпендикулярное магнитное поле и ступенчатый отжиг in silu. 'Решить задачу по установления типов, вигов магнитных особенностей трехмерного магнитного распределения иа аморфных пленках РЗ-ПМ. 4. Для микромагнитного разбиения на пленках Fe-Si, Gd-Co, Tb-Fe с помо'Дьо лазерной дифрактометрии найти характерные признаки нелинейных волноподобных структур, которые могут быть впоследствии воплощены в соответствующих магнитных средах. Выяснить роль
планарной хомпокенты вектора намагниченности М(?) в аморфных ТФП Tb-Fe при упорядочении обл стей перпендикулярной, внхреобразной анизотропии. Основываясь на различных видах магнитного распределения аморфных Fe-Si, Gd-Co, Tb-Fe пленок, предложить модель М-перколяционной среды, составленную из топоособешгастей соответствующих симметрии, которая, может быть использована з качестве информационной среды субмикронного- диапазона. Научная новизна.
1. Систематически используется фазовое представление, теория
бифуркаций в анализе топологических нєодіюродностей нелинейных
активных магнитных сред тонких пленок. Развита оригинальная лазе-
рнодифрактометрическая методика исследования CMC ультрадисперсных
и аморфных пленок.
-
На мелкодисперсных пленках пермаллоя экспериментально установлен седло-узельный бифуркационный сценарий эволюции магнитных неоднородностеП (локальный и нелокальный варианты).
-
На примере ультрадисперсних пленок пермаллоя при ортогональном магнитном 5-воздействии для Z-границы впервые установлена солито-ноподобная форма решения. Она представляет собой модулированную сборкой Уитни "цепнуо" несущую и является пространственной автоструктурой - модулированная волна переброса в триггерной магнитной среде.
&. В ультрадисперсных пленках с двумя симметричными легкими осями впервые экспериментально идентифицированы магнитные ревербераторы (спиральные волны), состоящие из ветвей CMC. Кроме того, в переходной зоне найдена неизвестная ранее магнитная топологическая структура на уровне доменных границ аттрактивного квазипериодического типа.
- Научная и практическая значимость. Проведенные эксперимента-
льные, теоретические исследования CMC мелко-, ультрадисперсных и аморфных пленок по программе "Ультрадисперсные системы" Научного Совета РАН "Поверхность. Физика, химия, механика" СШФЮ и гранту "Фундаментальные проблемы электроники" (МГИЭМ) позволили решить задачу идентификации топологических магнитных неоднородностей в раї:ах физики нелинейных активних магнитных сред.
Такой развитый нами подход дал возможность сформулировать неизвестный ранее механизм записи на пленках РЗ-ПМ (Tb-Fe, Gd-Co) В диссертационной райоте выяснено взаимоотношение субмикронных областей перпендикулярной намагниченности и роль планарной анизотропии в построении микронных кластеров из вихревых магнитных топоособенностей. Предложены доводочные технологии, позволяющие добиться получения ПС РЗ-ПМ, пригодных для термомагнитной .записи из ранее непригодных. Найден и апробирован топологический критерий пригодности пленок для записи.
Разработана принципиально новая информационная среда, составленная измагнитных топонеоднородностей эллиптического и гиперболического типов, для которой выполняется закон сохранения топо-заряда. Передача информации выступает как перколяция магнитного состояния неоднородности, без их непосредственной трансляции, что в корне отличается от ІЩттехнологии.
Ряд разделов вошел в отчеты по хоздоговорным темам г. Тула, НПО "Октава", 1983-1984 г. г.; г. Киев, 1985-1936 г. г.
Защищаемые положения,
1. Магнитный контраст, получаемый при лоренцмикроскопическом изо
бражении, рассматриваемый как фазовый портрет распределения
» ., вектора намагниченности МСг).
2. Трехмерное поведение вектора намагниченности МСґ) в планарных
дисперсных средах с областьп когерентного _рассеяния Со.к.р.2
3-5 нм и преимущественно столбчатым строением.
3. Идентификация магнитных неоднородностей с использованием
элементов теории нелинейных колебаний, бифуркаций:
аЭопределение алфавита топоособенностей (центр, седло, узел),
характерных для мелко-, ультрадисперсных пленок пермаллоя в размагниченном состоянии; б) образование связанных структур, создание поля топологичес-.
ских неоднородностей при повышении температуры подложки Тп
Fe-Ni пленок;
7 в) седло-уэельная С локальний и нелокальный варианты) бифуркация при приложении внешнего перпендикулярного поля и переход намагниченности в однородное состояние.
-
Восстановленное по лоренц-проекции (Z-границы) истинное трехмерное распределение МСІ*). По своему физическому смыслу Z-rpa-ница относится к модулированным автосолитонным пространственны! структурам.
-
Закономерность образования и сосуществования вихреподоо'кых структур (ревербераторов) и более сложной топологической осо-
бенноотп в распределении МСг") в переходной зоне ыевду облг тями с двумя, вэаимноперпендикулярными направленияші оси анизотропии.
6. Новый тип. магнитной среды в аморфных пленках Tb-Fe, Gd-Co для
ортогональной записи информации.
а)проведенне термомагнитной записи возможно на элементах локальной плоскостной анизотропии размером ~10 мкм, состоящих из областей перпендикулярной намагниченности ~0.5 мкм, если при внешнем перпендикулярном ноле пленка Tb-Fe проявляет свойства бистабильностн. б)улучшение магнитных характеристик сред памяти при ступенчатом отжиге in situ, что отражается в возможности записи как в аморфном, так и в кристаллическом состояниях. Фазовый переход в ПС при этом сопровождается образованием развитой складчатой поверхности; в)модель среды для перпендикулярной записи информации с естественной перколяцией на пленках Gd-Co, состоящей из вихрей разной киральности и областей связности ленду німі. Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуздаяись на Всесоюзной научной конференции "Состояние и перспективы развития шікрозлектронноп техники" Сг. Минск, 1985г.); семинаре "Материалы с аморфной и микрокристаллической структурой" Сг. Москва, 19Є5 г.); IV Всесоюзном семинаре по аморфному магнетизму (г. Владивосток, 1963г.); XIII, XIV Всесоюзных конференциях по электронной микроскопии С г. Сумы, 1987 г., г.Суздаль, 1990 г.); XVII, XIX Всесоюзных конференциях но физике магнитных явлений Сг. Калинин, 1S88 г., г.Ташкент, 1991 г.); V Всероссийском координационном Совещании ВУЗов- по физике магнитных материалов С г.Астрахань, 1989 г.); Всесоюзном Симпозиуме по-
физике аморфных магнетиков С г. Красноярск, 1989 г.); XII, XIII Всесоюзной школе-семинаре "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (г.Новгород, 1990г., г.Астрахань, 1992 г.); X Всесоюзном объединенном научно-техническом семинаре по проблеме 1ШД/ВБЛ С г.Симферополь, 1991 г.); IV Всесоюзной конференции "Проблемы исследования структуры аморфных материалов (г.Екатеринбург,1993 г.). По матриалам диссертации было сделано сообщение на секции по ультрадисперсным системам Координационного Совета "Поверхность. Физика, химия, механика" (Черноголовка, 1SS0 г.), на кафедре общей физики, кафедре магнетизма МГУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 работы, основные из которых представлены а автореферате.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего {34 наименования, приложения. Общий объем работы составляет {9-Ч страницы, (из них страниц машинописного текста) / рисунков, 4 таблицы, в том числе //страниц приложения.
