Введение к работе
Актуальность темы. Свойства мелких ферромагнитных частиц привлекают в последнее время все большее внимание исследователей. Интерес к микромагнитным исследованиям объясняется с одной стороны быстрым развитием технологии магнитной записи, с другой стороны неадекватностью классического описания процессов перемагничивания в реальных частицах, используемых в магнитной записи, форма которых далека от идеальной эллипсоидальной. Классические результаты, описывающие процесс перемагничивания эллипсоидальных частиц, равновесное состояние намагниченности в которых однородно, в nni/iFiiim были получены еще в 50'-60' годы. В самое последнее вр<-м«. в ів«іи г рлтитием эффективных методов моделирования процгггсщ п>*ргмлгничипания на ЭВМ были получены первые заслуживающие доверие результаты и для неэллипсоидальных частиц. Однако, основные усилия исследователей были направлены на описание динамики процесса перемагничивания частиц. Так как процесс перемагничивания в основном происходит квазистатически, возникает потребность в подробном описании ( в том числе и аналитическом ) равновесных состояний намагниченности в однородном внешнем магнитном поле. Исследования равновесных состояний намагниченности до сих пор ограничивались предъявлением вида некоторых микромагнитных конфигураций, полученных в результате компьютерного
моделирования микромагнитного состояния частицы с определенными феноменологическими магнитными параметрами. Актуальность темы обусловлена тем, что равновесные состояния, реализующиеся в мелких ферромагнитных частицах до сих пор были исследованы недостаточно, особенно это относится к неоднородным состояниям. Стационарное уравнение Ландау-Лифшица, описывающее равновесные состояния намагниченности в ферромагнитных частицах нелинейно и нелокально, и общие методы его решения до сих пор неизвестны. Поэтому, разработанный в диссертации метод моделирования трехмерных распределений намагниченности в частицах произвольной формы, безусловно актуален.
Цель работы. Диссертационная работа посвящена: а) компьютерному моделированию равновесных микромагнитных состояний намагниченности в мелких ферромагнитных частицах произвольной формы; б) аналитическому описанию равновесных конфигураций типа flower state и curling в мелких ферромагнитных частицах как магнитомягкого, так и магнитожесткого типов, имеющих форму цилиндра или прямоугольного параллелепипеда; в) сравнению полученных аналитических и численных результатов, относящихся к одинаковым частицам.
Научная новизна. В диссертации с помощью компьютерного моделирования систематически исследованы основные виды равновесных распределений намагниченности в частицах различных типов. Кроме того, для аналитического описания кваэиоднородных распределений намагниченности (flower state) в достаточно мелких частицах произвольной формы автор впервые применил мощные методы теории
возмущений. Оказалось, что в достаточно мелких частицах магнитомягкого типа альтернативой flower state может служить только состояние типа curling. Для последних предложена вариационная процедура, удовлетворительно описывающая численные данные в широком диапазоне изменения размеров и аспектного отношения частицы. Для состояния curling найдено распределение намагниченности в центре вихря, которое является решением соответствующего одномерного уравнения Ландау - Лифшица в обменном приближении.
Практическая ценность работы. Исследования, проведенные в диссертации имеют также важное прикладное значение, так как продвижение в понимании физических процессов в мелких ферромагнитных частицах несомененно позволит улучшить технические характеристики приборов и устройств магнитной записи информации.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Новый метод компьютерного моделирования равновесных
состояний намагниченности в мелких ферромагнитных частицах с любым
типом магнитной анизотропии и произвольной внешней формой.
2. Построение теории возмущений, описывающей кваэиоднородные
распределения намагниченности (flower state) в достаточно мелких
ферромагнитных частицах произвольной формы.
-
Результаты компьютерного моделирования основных видов равновесных распределений намагниченности в прямоугольных параллелепипедах как магнитомягкого так и магнитожесткого типов.
-
Результаты компьютерного моделирования flower state в прямоугольных параллелепипедах и цилиндрах как магнитомягкого так
и магнитожесткого типов.
5. Утверждение о том, что результаты компьютерного
моделирования для состояний типа flower state в параллелепипедах и
цилиндрах с различными видами магнитной анизотропии хорошо
описываются формулами первого порядка теории возмущений в
диапазоне размеров, составляющем 1/3 всего диапазона существования
flower state.
-
Вид вариационной функции, хорошо описывающей flower state в цилиндрических частицах магнитомягкого типа во всем диапазоне его существования.
-
Результаты численного моделирования состояния типа curling в магнитомягких частицах, имеющих форму цилиндра.
8. Вид вариационной функции, удовлетворительно описывающий
состояния типа curling в магнитоиягких частицах, имеющих форму
цилиндра в широком диапазоне изменения размеров и аспектного
отношения частицы.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на всесоюзной конференции по магнетизму (Ташкент, 1990г.), на семинарах ТРИНИТИ под руководством профессоров А. А. Веденова и А.Н. Старостина, семинарах МГУ под руководством профессора Ведяева.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в статьях [1-4], в тезисах всесоюзной конференции по магнетизму [5], а также препринте ИАЭ им. И.В. Курчатова [6].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
четырех глав, заключения и двух приложений. Она изложена на 99 страницах машинописного текста, включая список использованной литературы, состоящей из 62 наименований, а также 19 рисунков.