Введение к работе
Актуальность темы. Доменная структура и характер ее перестройки во внешнем магнитном поле важны для понимания физики магнитных явлений и определяют механизмы перемагничивания образцов, восприимчивость, динамические свойства и т.д. В последнее время интенсивно исследуются процессы упорядочения в доменной структуре магнитных пленок. Обнаружено формирование спиральных, кольцевых доменов, различных модификаций решеток цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) и гантелевидных доменов [1-4], что дало новый импульс развитию физики доменных структур.
Подобного рода исследования являются основой для создания разнообразных технических устройств. Например, кристаллы и пленки с гигантскими магнитооптическими эффектами нашли широкое применение в запоминающих и оптоэлектронных устройствах - модуляторах, дефлекторах, изоляторах, оптических процессорах [5]. Устойчивая работа таких приборов определяется в первую очередь возможностями управления параметрами доменных структур.
Объектами многих экспериментальных и теоретических исследований динамических свойств являлись доменные границы и ЦМД. Поведение полосовых доменов в импульсном поле изучено в меньшей степени, а динамика массива полосовых доменов изучалась лишь в единичных работах. В то же время полосовые домены являются основой спиральных, кольцевых и других доменных структур. Динамические свойства доменов в пленках ферритов-гранатов сложным образом зависят от магнитного поля, что связано как с динамическими преобразованиями структуры доменных границ, так и с комбинированным характером анизотропии пленок.
Наиболее полно теоретически и экспериментально изучены статические свойства упорядоченных доменных структур. Экспериментально исследованы условия образования структур в переменных и импульсных магнитных полях. При проведении экспериментов регистрировали усредненный либо конечный (статический, после оконча-
ния импульса поля) вид доменной структуры; сведений об исследовании динамики процессов формирования упорядоченных структур очень мало [4,6]. В опубликованных работах не приводились данные о динамических параметрах пленок (скорости, подвижности доменных границ, константе затухания), что не позволяет сделать однозначные выводы о связи наблюдавшихся явлений с параметрами магнетиков. Во многом это обусловлено отсутствием аппаратуры, позволяющей регистрировать, накапливать и обрабатывать большой массив данных фотографий динамических доменов. Немаловажно и то, что использование проекционной печати вносит заметные искажения з изображения доменов.
В большинстве работ для формирования доменных структур использовали переменное магнитное поле звуковых и ультразвуковых частот. Для формирования структур необходимы 102 - 104 периодов поля и структуры существовали только в динамике. В импульсном юле формирование структур возможно в результате приложения серии импульсов или даже единичного импульса, что значительно упрощает интерпретацию экспериментальных результатові
Отметим отсутствие теоретических работ по исследованию динамики процессов формирования упорядоченных доменных структур.
Цель работы: исследование закономерностей динамических процессов формирования упорядоченных доменных структур в плен-;<ах ферритов-гранатов в импульсных магнитных полях. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие конкретные задачи:
1. Отработать методику исследования динамики доменных
структур в импульсных магнитных полях методом высокоскоростной
фотографии с последующей компьютерной обработкой фотографий
динамических доменов.
2. Разработать программу расчета параметров анизотропии как
одного из основных факторов, определяющих свойства доменных
структур, для пленок ферритов-гранатов с различной кристаллогра
фической ориентацией .
3. Исследовать динамику расширения одиночных полосовых
доменов и массива прямолинейных полосовых доменов в областях
линейной и нелинейной динамики доменных границ.
4. Провести исследование закономерностей динамики формиро
вания упорядоченных доменных структур в пленках ферритов-
гранатов (сотовой, кольцевой, спиральной структур) в однородном
импульсном магнитном поле.
Научная новизна представленных в диссертации результатов заключается в следующих положениях, выносимых на защиту:
-
Отработана методика исследований динамических процессов формирования упорядоченных доменных структур в импульсном магнитном поле с помощью высокоскоростной фотографии с последующей компьютерной обработкой фотографий динамических доменов.
-
Установлены закономерности развития изгибной неустойчивости полосового домена в магнитных полях, соответствующих линейной динамике доменных границ.
-
Обнаружен и исследован механизм формирования сотовой доменной структуры в пленках ферритов-гранатов непосредственно из лабиринтной под действием серии импульсов магнитного поля. Установлено, что процесс зависит не от частоты следования импульсов, а от их числа.
-
Методом высокоскоростной фотографии установлены, механизмы генерации кольцевых доменов и условия образования концентрических кольцевых структур в импульсном поле. Выявлена ключевая роль дефектов материала в данных процессах перестройки доменной структуры.
-
Исследовано влияние температуры, постоянных и импульсных магнитных полей на закономерности динамических процессов формирования упорядоченных доменных структур. Показано, что формирование-кольцевых и спиральных доменов возможно в магнитных полях, соответствующих линейной динамике доменных границ. Процессы сжатия/расширения доменов в упорядоченных структурах при изменении магнитного поля проходят с гистерезисом, приче.
ширина'гистерезиснои области по полю в несколько раз превышает коэрцитивную силу пленки.
6. Установлено, что зависимости равновесной ширины доменов в полосовой, спиральной, кольцевой структурах от поля смещения лежат на одной кривой, а период полосовой структуры существенно превышает период спиральной доменной структуры.
Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты вносят существенный вклад в понимание механизмов перестройки доменной структуры пленок ферритов-гранатов при воздействии импульсных магнитных полей, приводящих к формированию сотовых, кольцевых, спиральных доменных структур, и могут быть использованы при проектировании доменных логических и оп-тоэлектронных устройств. Разработанная программа расчета параметров анизотропии для пленок ферритов-гранатов с различной кристаллографической ориентацией на основе метода фазовых переходов позволяет оперативно получать информацию о параметрах одноосной, кубической, ромбической анизотропии пленок ферритов-гранатов.
Апробация работы. Результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались на XIV и XV Всероссийских школах-семинарах "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Москва, 1994; Москва, 1996), на международной научно-технической конференции "Проблемы и прикладные вопросы физики" (Саранск, 1997), на конференциях молодых ученых Мордовского госуниверситета им. Н.П.Огарева (Саранск, 1996; Саранск, 1997).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 10 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Она содержит 138 страниц машинописного текста, включая 48 рисунков, 3 таблицы и 189 наименований цитируемой литературы.