Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА І. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА И ДИНАМИКА ДОМЕННЫХ ГРАНИЦ В ОРТОФЕРРИТАХ
1.1. Кристаллическая и магнитная структура 10
1.2. Структура доменных границ 16
1.3. Нелинейная динамика доменных границ 20
1.4. Магнитоупругие взаимодействия при движении доменных границ 25
1.5. Спектр спиновых волн ортоферрита с доменной границей 36
1.6. Теория торможения доменной границы на пристеночных магнонах 43
1.7. Обзор экспериментальных методов исследования динамики доменных границ 47
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ДИНАМИКИ ДОМЕННЫХ ГРАНИЦ В ОРТОФЕРРИТАХ
2.1. Магнитооптический аналог метода Сикстуса-Тонкса 59
2.2. Стробоскопический метод 63
2.3. Высокоскоростная микрофотография динамики доменных границ в ортоферритах 66
2.4. Подготовка образцов к исследованиям 70
ГЛАВА 3. ИССЛЕЩОВАНИЕ МГНИТОУПРПЖ АНОМАЛИЙ И ПРЕДЕЛЬНОЙ СКОРОСТИ СТАЦИОНАРНОГО ДВИЖЕНИИ ДОМЕННЫХ ГРАНИЦ В ОРТОФЕРРИТАХ ИТТРИЯ, ТУЛИЯ И ЕВРОПИЯ
3.1. Стационарность движения доменных границ в ортоферритах 76
3.2. Предельная скорость стационарного движения доменных границ в редкоземельных ортоферритах тулия и европия 79
3.3. Динамика доменных границ Блоха и Нееля в орто-феррите иттрия 84
3.4. Зависимость подвижности доменных границ в ортоферрите иттрия от температуры 90
3.5. Динамика доменных границ в пластинках ортофер-рита иттрия разных толщин 97
3.6. Влияние магнитоупругих взаимодействий на движение доменной границы в ортоферритах 103
ГЛАВА 4. МЕХАНИЗШ РЕЗОНАНСНОГО ТОРМОЖЕНИЯ ДОМЕННЫХ ГРАНЩ В ОРТОФЕРРИТАХ
4.1; К вопросу о взаимодействии динамической доменной границы в ортоферрите иттрия с упругими волнами Лэмба 107
4.2. Резонансное торможение доменной границы на вин-теровских магнонах 112
4.3. О влиянии изменения периодической неоднородности на динамику доменных границ в ортоферрите .. 125
ВЫВОДЫ 130
ЛИТЕРАТУРА 133
- Кристаллическая и магнитная структура
- Магнитооптический аналог метода Сикстуса-Тонкса
- Стационарность движения доменных границ в ортоферритах
- К вопросу о взаимодействии динамической доменной границы в ортоферрите иттрия с упругими волнами Лэмба
Кристаллическая и магнитная структура
Окисное соединение R-FeQ3 - ортоферрит, где R. - редкоземельный элемент от La. до Lu или Y , в монокристаллической фазе синтезируется в реакции R2 3 + е205 /23/.
Оптимальные динамические свойства имеют редкоземельные ор-тоферриты (РЗО), получаемые по методу бестигельной зонной плавки (БЗП) с радиационным нагревом, а также монокристаллы, синтезированные при спонтанной кристаллизации из раствора в расплаве. Однако, наиболее удобными в практическом отношении являются образцы РЗО, приготовленные из монокристаллов, выращенных методом БЗП /23/.
Кристаллическая структура RJe03 представлена на рис. 1,а. В табл. I,а приведены величины объема элементарной ячейки и углов связи Fe3+-02 - Fe3+H Fe5-О2"-R.3+ для ортоферритов Ей, Y » Тт /24,25/. Различие ионных радиусов Ге3+ и R.5"1" ведет к ромбическим искажениям в решетке, вследствие чего решетка
HFe03 становится орторомбической. Так расстояние между ионами Fe3+-02 равно 2.00 А0, а 5+-02"= 2.23 А0 /26/. В элементарную ячейку входят 4 молекулы R.Fe03 Магнитные ионы ре5+ оказываются при этом в центрах октаэдров из ионов о2". Кристаллическая симметрия ионов Fe3 » входящих в элементарную ячейку ортоферрита, определяет образование четырех магнитных годрешеток в РЗО. Кристаллическая анизотропия для каждой пары магнитных годрешеток оказывается одинаковой: Ко. для па4а и тга , a также Кс для тк и m2C . Это обеспечивает возможность применения к Z Fe 03 двухподрешеточного приближения /27/, схематично показанного на рис.1,6.
Магнитооптический аналог метода Сикстуса-Тонкса
Магнитооптическая установка по изучению динамики ДГ в (Ж ортоферритах была разработана и создана на кафедре магнетизма физического факультета МГУ /104/. Блок-схема этой установки приведена на рис. 7,6. Свет от гелий-неонового лазера (I), с длиной волны X ss 630 нм, раздваивался пластинкой из двулучепреломляю-щего монокристалла СаСО (2) на два луча и оказывался при этом поляризованным во взаимно перпендикулярных плоскостях. Телескопической системой (4) свет фокусировался двумя пятнами с диаметром 20 мкм на образец (7). Расстояние между пятнами задавалось толщиной СаСО и могло варьироваться в пределах от 100 до 700 мкм. В /104/, указанная методика использовалась для исследований динамики ДТ в пластинках вырезанных перпендикулярно оптической оси. В нашей работе /37/ исследовались пластинки вырезанные перпендикулярно оси [00і] . В этом случае большая ось эллипса поляризации испытывала на выходе из монокристалла вра-, щение ) , осциллирующее с толщиной /105/: где Alt - двулучепреломление на длине волны света /I ; К= д У - недиагональная компонента тензора диэлектрической проницаемости Н ; R - показатель преломления»
Отсюда в предельном случае максимального поворота большой оси эллипса поляризации на выходе из кристалла, когда SttlMdA/лЧ получаем выражение для толщины образца d = А (2 k +1)/4 АП. (2 2)
Изменяя взаимную ориентацию плоскостей главных сечений анализатора (3) и поляризатора (3), можно было поочередно наблюдать один из лучей в форме пятна на образце.
Скорость движения ДГ определялась по времени между фотооткликами с ФЭУ-30 (8) от поочередного пересечения ДГ каждого из пятен на образце при известном расстоянии между ними, Фотоотклики могли регистрироваться непосредственно на экране стробоскопического осциллографа С7-8 (II), либо записывались двухкоординатным самописцем (ІЗ) ПДС-02І на диаграммной ленте. Применение самописца обеспечивалось внешней горизонтальной разверткой (12) осциллографа С7-8 с помощью линейно-нарастающего напряжения. Генератор Г5-І5 (9) являлся задающим и запускал последовательно генератор магнитных импульсов (10) и осциллограф С7-8. На рис.8,а приведена типичная запись самописца, по которой определялась скорость движения ДГ.
Стационарность движения доменных границ в ортоферритах
Исследования по динамике доменных границ в ортоферритах в нашей работе проводились описанными в пп.2.1-2.3 методами. Обнаружение сверхзвуковых скоростей ДГ в этих СФМ, а также наличие на полевой зависимости V (Н ) целого ряда особенностей в виде интервалов с постоянной скоростью дНЦ./37,106/ заставило нас отказаться от магнитооптического метода /104/ (п.2.1). Это было вызвано сравнительно низкой точностью измерений скорости и невозможностью при фотоэлектрической регистрации смещений ДГ осуществлять контроль за формой и характером ее движения /76/.
В магнитооптическом методе расстояние от пятен до исходного положения ДГ составляло 180-200 мкм. Оно было определено экспериментально по наклону записей фотооткликов с ФЭУ (рис.8,а) при пересечении в определенном импульсном поле ДГ первого пятна.
Применение нами стробоскопического метода /53,54,107/ обеспечило большую точность измерений скорости и предоставило ценную информацию о поведении ДГ в процессе ее движения. Стробоскопический метод позволил нам визуально наблюдать за смещением ДГ от начала и до конца ее движения в образце. Полученная при этом зависимость смещения ДГ от времени S (Ї ) /103/ определила область стационарного движения, отвечающую данному значению импульсного магнитного поля. Серия зависимостей S ( t), рис.8,б, наглядно демонстирует это.
На всех приведенных зависимостях наблюдается равномерное движение ДГ в средней части образца внутри катушки, наклеенной непосредственно на образец. При полях меньших, либо сравнимых с величиной градиентного поля, наблюдаются два участка с меньшими скоростями. Их образование связано с неоднородностью результирующего поля, действующего на доменную стенку, которое определяется наложением импульсного продвигающего и градиентного полей / 36 /. Величина этих участков на зависимости 5 (t) зависит от величины градиента и достигает 120 и 50 мкм для начала и конца движения соответственно. В то же время область стационарного движения в средней части образца имела размер 600-700 мкм при размере катушки 800-1000 мкм. Тангенс утла наклона зависимостей 5 (t ) в средней части смещения ДГ дает значение скорости.
Стационарность движения ДТ, практически во всех полях, была подтверждена в дальнейшем исследованиями динамики ДТ в орто-ферритах по методу двухразовой подсветки /73,109,110/. На рис.12 показаны зависимости $ (і ), которые получены нами по этому методу при временах задержки между лучами света 3,8,15 не. Смещения ДГ фотографировались всегда в средней части образца внутри катушки с учетом зависимостей 5 (t), рис.8,б. При этом, как видно из рис.12, зависимость s () имеет явно линейный закон, что также свидетельствует о стационарном характере движения ДТ в ортоферритах. Погрешность в определении скорости по этим зависимостям S (t ) была меньше 2%. Эти исследования показали, что точность определения скорости ДГ зависит, главным образом, от величины задержки между лучами и наиболее высокая - при задержке 15 не и выше. Во всех наших последующих исследованиях величина оптической задержки составляла 15 не.
К вопросу о взаимодействии динамической доменной границы в ортоферрите иттрия с упругими волнами Лэмба
В работе /73/ было высказано предположение о взаимодействии движущейся ДГ с волнами Лэмба, При совпадении фазовых скоростей УВ волн Лэмба с фазовыми скоростями СВ должно происходить торможение за счет перекачки энергии от ДТ в упругую подсистему кристаллического образца ортоферрита. Фазовые скорости УВ Лэмба могут значительно превосходить скорости поперечного и продольного звуков. Это становится возможным в длинноволновом приближении дисперсионной зависимости со(к) волн Лэмба. Особенности этой зависимости и)(к) анализировались в п.1.5, где, в частности, приведены результаты работы /75/, в которой сообщалось об экспериментальном обнаружении волн Лэмба, возбуждаемых распространяющимися в ферро-гранатовых пластинках и пленках ПОМСВ.
Существует большой арсенал экспериментальных методов по обнаружению симметричных и антисимметричных УВ Лэмба /72/. Косвенным доказательством их возбуждения могут быть эксперименты, в которых исследуемые пластинки погружаются в жидкие среды. При этом должно наблюдаться частичное подавление УВ Лэмба, что связано с нарушением граничных условий для волн Лэмба.
На рис.22 приведена одна из полевых зависимостей V(H) для образца VPeO с толщиной 95 мкм, помещенном в оптическую кювету с четыреххлористым углеродом. Измерения проводились по методу двухразовой подсветки. Образец был исследован ранее в обычных условиях. Сравнение этих двух зависимостей VfH) не дало существенного различия с той лишь разницей, что зависимость V(H) на рис.22 практически не имеет д Н при V = 10, 12» Ю3 м/с, тогда как ранее они обычно наблюдались. Аналогичный результат имел место при погружении исследуемой пластинки в глицерин и воду.
Как подчеркивалось в п.1.5, смещение в нормальных Еолнах имеет две компоненты: перпендикулярную к плоскости и лежащую в плоскости пластинки. При этом для симметричных нормальных волн доминировать будут смещения первого типа, а для антисимметричных - второго /72/. Обнаружить антисимметричные УВ Лэмба в описанных выше экспериментах не представляется возможным.
Проводилось исследование зависимости V (Н ) для пластинки YFe03 толщиной 90 мкм, полностью помещенных в канадский бальзам. Полевая зависимость приведена на рис.25. В этих условиях наблюдалось возрастание ширины магнитоупругих особенностей дН и дН , что может быть связано с уменьшением коэффициента акустического затухания. Переход к сверхзвуковому движению носил скачкообразный, сильно нестационарный характер и сопровождался интенсивным искривлением ДГ. Подвижность ДТ составила 30 м/с«Э, тогда как в свободном состоянии уц ДТ в этом образце была 45 м/с-Э.
Особенности ДНа при Vn Ve в этом эксперименте приобрели более дискретный характер и незначительно возросли. Такой характер изменений д Н п практически невозможно связать со взаимодействием ДТ с УВ Лэмба.
В приведенных выше экспериментах не удалось прямо доказать возможность возбуждения упругих волн Лэмба движущейся ДТ. Однако это не исключает такой возможности.
