Микромагнитная структура монокристаллических ферромагнитных пленок с кристаллографической ориентацией (100) и (110) Мухина, Елена Алексеевна

Введение к работе

Актуальность темы. Проблема исследования физических свойств
¹ тонких ферромагнитных пленок была и остается актуальной на
протяжении нескольких десятков лет. Пленки представляют интерес
прежде всего как объект исследования, сочетающий в себе
уникальные свойства ферромагнетиков с возможностями пленочных
материалов,. позволившими разработать такие методы исследования
структуры ферромагнетиков, как электроннооптические,

магнитооптические, СВЧ-методы и др. Кроме того, пленки получили
широкое распространение з различных областях науки и техники -
они используются в качестве рабочей среды запоминающих и
логических устройств, датчиков для автоматики и вычислительной
техники; для термомагнитной записи информации. При
проектировании устройств для наиболее удачного выбора магнитного
материала необходима детальная информация о физических свойствах
ферромагнитных пленок , в* том числе об их доменной структуре и ее
изменениях при изменений как внешних параметров (магнитного поля,
температуры и т.д.), так и параметров пленки (ее толщины, констант
анизотропии, намагниченности насыщения и т.д.). Аналитической
теории, позволяющей описать структуру доменов и доменных стенок
(ДС) магнитной пленки, в настоящее время не существует. Для этой
цели, как правило, используют модельный подход либо численные
методы, с помощью которых достаточно полно была исследована
структура одноосных магнитных пленок: Доменная структура
монокристаллических пленок кубической симметрии к настоящему
.времени практически не исследована '

Дель и задачи исследования. Целью настоящей диссертационной работы является численное исследование микромагнитной структуры

монокристаллических ферромагнитных пленок с

кристаллографической ориентацией вдоль нормали к их шіоскости типа {100} и {110} со сложным типом анизотропии, состоящей из естественной кристаллографической анизотропии . (как с положительной, так и с отрицательной константой) и наведенной одноосной анизотропии с осью легкого \ намагпичивания, перпендикулярной плоскости пленки, и ее эволюции при изменении

приведенных констант кубической (Qioo ~ ^100^ 2тгМд или Quo — K[jo/2nM_s) и одноосной Q_u = K_u / 2яМ₅ анизотропии (М<; — намагниченность насыщения). Рассматривались две модели доменных структур - с однополярными ДС и разнополярными ДС. При этом решались следующие задачи:

1. Нахождение вихревой и потенциальной части доля вектора
намагниченности произвольной двумерной периодической
доменной структуры с целью их дальнейшего использования в
. задачах .численного анализа. .. .

Z, Исследование изменений распределения намагниченности в пленках типа {100} и {110} при изменении приведенной константы кубической анизотропии (без учета влияния одноосной анизотропии). 3. Исследование влияния наведенной одноосной анизотропии на доменную структуру монокристаллических ферромагнитных пленок типа {100} и {110} с различными значениями приведенной константы кубической анизотропии (как положительной, так и отрицательной). Научная новизна и результаты, выносимые на защиту: 1. Получено выражение для вихревой части поля вектора намагниченности произвольной двумерной периодической доменной структуры, которое представлено в виде ряда

Фурье, коэффициенты которого определяются независимым интегрированием по координатам х и г.

1. Впервые на основе 'общею микромагнитного подхода численным методом получено равновесное, статически устойч'лвое состояние намагниченности монокристаллических ферромагнитных пленок со сложным типом анизотропии.

2. Исследованы эволюции распределения намагниченности в пленках типа {100} и {110} при изменении констант кубической и наведенной одноосной анизотропии в широких пределах. При этом показано, что:

1. В пленках типа {100} и {110} со значениями приведенной константы кубической анизотропии, по абсолютной величине значительно превышающими единицу, реализуется структура доменов, векторы намагниченности которых составляют с плоскостью пленки острый угол, разделенных доменными стенками в 70,5^а, 109,5 или 90, либо структура чередующихся "нормальных" и "плоскостных" доменов в зависимости от кристаллографической ориентации пленки и знака константы кубической анизотропии.

2. В пленках типа {100} с Qjp₀ < 2 в модели одяополярных ДС намагниченность однородна и лежит в плоскости пленки, доменной структуры в такого типа пленках без влияния стабилизирующих факторов (например, наведенной одноосной анизотропии) не существует.

3. В пленках' со значениями приведенных констант кубической и одноосной анизотропии, по абсолютной величине меньшими единицы, в модели разнополярных ДС распределение намагниченности полностью неоднородно, и понятия "домен" и "доменная стенка" не имеют смысла; замыкание потока намагниченности при этом осуществляется за счет достаточно

большой поверхностной и объемной скрученности. В модели однополярных ДС при тех же значениях приведенных констант кубической и одноосной анизотропии вектор намагниченности совершает слабые осцилляции относительно плоскости пленки.

4. В пленках типа {100} с положительной константой кубической анизотропии при изменении последней переход из состояния с однородной намагниченностью в плоскости пленки в структуру чередующихся "нормальных" и "плоскостных" доменов ' в модели однополярных ДС в точке Qioo ⁼ 2 представляет собой ориентационный фазовый переход первого рода.

5. Переходы из состояния с полностью неоднородным распределением намагниченности или из состояния с осцилляциями вектора намагниченности относительно плоскости пленки в структуру доменов, векторы намагниченности которых составляют с плоскостью пленки острый угол, а также в "открытую" структуру Киттеля не являются ориентационными фазовыми переходами.

Практическая и научная значимость: Результаты диссертационной работы по исследованию статически устойчивых состояний намагниченности в монокристаллических ферромагнитных пленках со сложным типом анизотропии в широком интервале значений приведенных констант кубической, и одноосной анизотропии могут быть использованы при проектировании болыпих интегральных схем логических и запоминающих устройств.

Полученные результаты могут быть также использованы для оптимизации методов экспериментального исследования доменных структур.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на
XIV школе-семинаре "Новые магнитные материалы

микроэлектроники" (Москва, 1994), 14 Международном коллоквиуме
по- магнитным пленкам и поверхностям (Дюссельдорф, 1994), I
Объединенной конференции по магнетизму (Москва, 1995) и XV
Всероссийской школе-семинаре "Новые- магнитные материалы
микроэлектроники" (Москва, 1996) и опубликованы в печатных
работах [1-13]. -¹*

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 1^0 страниц основного текста, включая, 1 таблицу, 48 рисунков и 131 наименование цитируемой литературы.