Введение к работе
Актуальность темы. Под крупномасштабными магнитными неоднородностяки следует понимать локализованные пространственно-неоднородные рапределения намагниченности, в которых отклонения намагниченности от равновесной ориентации оказываются значительными. Таковыми, в первую очередь, являются доменные структуры (ДО и доменные границы (ДГ).
Динамика крупномасштабных магнитных неоднородностей во внешних постоянных и переменных полях является одним из приоритетных направлений в современной физике магнитных явлений. Исследования в этом направлении представляются принципиально значимыми во многих отношениях. Их интенсификация в последние два десятилетия обусловлена взаимным сочетанием интересов фундаментальных исследований динамики намагниченности с прикладными, позволяющими рассматривать доменосодержащий кристалл в качестве вычислительной среды.
Приоритетность этого направления подчеркивают исследования последнего времени, свидетельствующие о наличии тенденции в физике магнетизма к смешению от традиционных проблем, связанных с процессами перемагничивания, к динамическим аспектам поведения крупномасштабных магнитных неоднородностей. Движение доменов в кагнитоупорядоченной среде является во многих отношениях более значимой задачей, нежели проблемы простого перемагничивания, и представляет существенно больший интерес как с фундаментальной, так и прикладной точек зрения. Заметим, что Ландау и Лифшиц [1] процесс намагничивания ставили в зависимость от процесса направленного смещения доменных границ.
Поведение спиновой подсистемы магнитоупорядоченных кристаллов в постоянных и слабых переменных полях изучено достаточно полно. Актуальным стал анализ систем, степень возбуждения которых не мала. В таких системах начинают проявляться существенно нелинейные явления, которые не описываются линеаризованными уравнениями. В их числе, например, экспериментально наблюдаемые [2-7]: изменения структуры ЛГ и изменения характера их движения; изменения ДС, связанные с преобразованием и переориентацией ДГ; образование новых доменов.
Необходимость теоретического обоснования указанных и других подобных экспериментальных фактов представляется назревшей задачей и стииулирует развитие новых теоретических схем и представлений учета нелинейных взаимодействий в магнетиках. Имея в виду существенно нелинейный характер динамики намагниченности, очевидно, что адекватное описание сильнонелинейных систем, примером которых могут служить магнитоупорядоченные среды, может быть проведено лишь в рамках соответствующих теорий.
В основе одной из них, занимающей ключевое положение в физике магнетизма, лежит уравнение Ландау-Лифшица (1]. Теоретические исследования динамики намагниченности в магни-тоупорядоченных системах и, в особенности, динамического поведения крупномасштабных магнитных неоднородностей, в подавляющем большинстве случаев базируются на феноменологическом подходе, основанном на анализе этого уравнения.
Анализ динамики намагниченности в многоподрешеточных антиферромагнетиках (АФМ) и слабых ферромагнетиках (СФМ) может быть проведен с использованием уравнения [1] , записанного для векторов намагниченностей подрешеток. Описание движения ДТ в реальных кристаллах не может быть полным без учета внешних полей, диссипации и т. п. Для этих случаев точное аналитическое решение уравнения Ландау-Лифшица чаще всего неизвестно.
Применение и развитие теории возмущений, наряду с методами качественного решения нелинейных систем, позволяет расширить область исследований и углубить наши представления об основных закономерностях существования и нелинейной динамики пространственно-неоднородных распределений намагниченности в магнитоупорядоченных средах.
Основной целью работы является теоретическое исследование нелинейной динамики доменных границ (в том числе, межфазных) и доменных структур в магнитоупорядоченных кристаллах с несколькими магнитными подрешетками в переменных полях различной физической природы. В числе основных задач:
- Исследование нелинейной динамики 180 ДГ и регулярных
решеток полосовых доменов в осциллирующих полях различной
природы.
- Изучение нелинейной динамики в осциллирующих магнитных
полях 90 межфазных ДГ, разделяющих двухфазные магнитные
- s -
состояния при спин-ориентационных фазовых переходах.
- Исследование влияния переменных полей на структуру и
динамическую переориентацию ДГ.
Изучение структурных фазовых преобразований в регулярных решетках ЦМД.
Исследование закономерностей существования ДС в магнито-неоднородных средах.
Проведенные в диссертационной работе исследования имеют целью развитие общего научного направления - теории нелинейной динамики крупномасштабных магнитных неоднородностей распределения намагниченности в основных классах магнитоупо-рядоченных кристаллов во внешних переменных полях.
Научная новизна положений, развитых в диссертации, определяется тем, что в ней поставлен и решен ряд новых проблем, актуальных для физики магнитных доменных структур. В частности:
Установлены основные закономерности нелинейной динамики и динамической переориентации 180 ДГ и плоскопараллельной ДС в двухподрошеточных СФМ и ферритах в осциллирующих полях произвольной частоты, направления и поляризации.
Исследованы особенности колебательного и предсказано дрейфовое движение ДГ и ДС в сегнетомагнетиках в осциллирующих магнитном и электрическом полях.
Изучена нелинейная динамика ДГ во внешнем переменном магнитном поле в четырехподрешеточном АФН типа La CuO , проявляющем при определенных условиях свойства высокотемпературной сверхпроводимости.
Исследовано влияние высокочастотного магнитного поля на ДГ, обладающие неоднородным характером распределения намагниченности. Определены изменения параметров таких ДГ и предельной скорости их стационарного движения от ориентации и характеристик поля.
Изучено колебательное движение и предсказан эффект дрейфа в осциллирующем магнитном поле 90 межфазных ДГ и двухфазных ДС, возникающих при спин-ориентационных ФП 1-го рода.
На основе лагранжева формализма описания динамики изучены закономерности дрейфа 180 ДГ в СФМ в поле звуковой волны произвольной поляризации. Предсказана возможность дрейфа решетки полосовых доменов.
Представлено теоретическое обоснование возможности структурных преобразований в плотноупакованной гексагональной решетке ЦМД. Определены условия ее трансформации в решетку ЦМД, подобную кристаллической решетке графита.
Построена теория пространственной стабильности ЦМД, расположенных в смежных слоях многослойных пленок, обладающих различными структурными особенностями.
Достоверность результатов, полученных в диссертации, обеспечивается использованием апробированных методов теоретической и математической физики, строгой обоснованностью приближений и модельных допущений. Критерием достоверности служит получение идентичных результатов при использовании различных теоретических подходов; совпадение предельных случаев и асимптотик с существующими теориями. Во всех случаях, когда имеются экпериментальные результаты, проведено сравнение развиваемых теоретических расчетов с экспериментальными данными.
Научная и практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что полученные в ней результаты расширяют существующие фундаментальные представления о динамических свойствах и закономерностях поведения крупномасштабных магнитных неоднородностей во внешних переменных полях в реальных магнитных кристаллах; стимулируют постановку новых теоретических и экспериментальных задач в области физики ДС.
Полученные результаты представляют значительный интерес для практики физического эксперимента, поскольку либо объясняют известные экспериментальные данные, либо предсказывают новые эффекты. Проведенное в диссертационной работе всесто-ронее изучение динамики различных типов ДГ и ДС, реализующихся в магнитоупорядоченных средах, во внешних переменных полях различной природы, имеет также важное практическое значение дпя прикладных исследований в области микроэлектроники. Результаты изучения структуры магнитных неоднородностей в многослойных пленках и структурных преобразований решеток магнитных доменов могут служить основой для разработки и создания устройств с применением доменосодержащих и магнитооптических материалов.
Личный вклад автора к публикации. Результаты диссертации, выносимые на защиту, получены лично автором и опубликованы в 33-х научных работах, список которых приведен в конце
автореферата.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на - 37th, 38th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (Хьюстон, США, 1992; Миннеаполис, США, 1ЭЭЗ), the 6th Joint МММ -Intermag Conference (Альбукерк, США, 1994), International Conference on Magnetism - ICM'94 (Варшава, Польша, 1994), 2nd International Conference Phenomena in Crystals (Аскона, Швейцария, 1993), Y Международной конференции по гиромагнитной электронике и электродинамике (Вильнюс, СССР, 1980), XIY, XYII, XYIII Всесоюзных конференциях по физике магнитных явлений (Харьков, 1979; Донецк, 1985; Калинин, 1988), YI-X Всесоюзных объединенных семинарах по физике ЦМД (Симферополь, 1983; 1987; 1991; Москва, 1985; 1989), IX Всесоюзной шк.-семинаре "Новые магнитные материалы для микроэлектроники" (Саранск, 1984), YII Международном научном семинаре "Физика магнитных явлений" (старый Караван, 1994).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, приложения и списка цитированной литературы. Ее полный объем составляет 302 страницы и включает 15 рисунков на 10 страницах, приложения на 3 страницах и списка литературы из 271 источника.