Введение к работе
Актуальность проблемы
В настоящее время изучению структур и свойств доменных стенок (ДС) в тонких магнитных пленках (ТМП) уделяется большое внимание, что связано с непосредственным применением таких пленок в технике и перспективами их дальнейшего использования. В частности, тонкие магнитные пленки, выполненные из немагнитострикционного пермаллоя, широко применяются в качестве чувствительного элемента магнитных головок для записи и считывания информации сверхвысокой плотности записи.
Проблема исследования тонкой структуры ДС в ТМП упирается в решение сложной системы нелинейных интегро-дифференциальных уравнений второго порядка с учетом краевых условий. В настоящее время полностью такая задача не решена. Все теоретические исследования структуры доменных стенок основываются на тех или иных модельных представлениях. Важнейшим из них является представление об одномерном характере распределения намагниченности М в ДС, т. е. о зависимости М только от одной пространственной координаты.
Однако, в 1969 году в работе [1], посвященной численным исследованиям структуры ДС в тонких магнитоодноос-ных пленках с плоскостной анизотропией, было показано,
что в таких пленках в определенной области толщин ~ 400 -1500 А стабильными являются стенки с существенно двухмерным характером распределения намагниченности - вихревые ДС. Ближе к поверхностям пленки участки стенки имеют неелевский характер, а в середине представляют собой структуры блоховского типа. Стыкуясь, эти участки образуют вихревую структуру ДС. Было установлено, что образование таких стенок, существенно снижает магнито-статическую часть энергии, одновременно не очень сильно увеличивая ее обменную часть. Позднее возникновение и устойчивое существование различных типов вихревых доменных стенок в определенной области толщин магнитных пленок было подтверждено экспериментально. Естественно, изучение особенностей строения и свойств вихревых ДС не может проводиться в рамках одномерных моделей. Однако и используемые до недавнего времени модели с двухмерным характером распределения намагниченности не являлись достаточными, поскольку в них не учитывались точно все энергии, определяющие структуру доменной стенки.
Особенность проводимых нами исследований заключается в использовании двухмерной модели распределения намагниченности в рамках строгого микромагнитного подхода при одновременном точном учете всех компонент энерии, определяющих тонкие особенности строения доменных
стенок, в том числе магнитостатической энергии. Подобные исследования стали проводиться лишь последние несколько лет в нескольких исследовательских центрах. Решение такой сложной комплексной задачи возможно только численными методами. В нашем институте в лаборатории магнитной информатики Л. Г. Корзуниным была разработана процедура численного расчета структуры доменных стенок в магнитных пленках с плоскостной анизотропией, на основе которой выполнены наши исследования.
Основная цель работы
Провести численные исследования особенностей тонкого строения структур ДС в многослойных пермаллоевых пленках с плоскостной анизотропией с целью учета двухмерных конфигураций намагниченности в ситуации, когда главную роль играет межслойное магнитостатичкеское взаимодействие. Работа выполнена на основе строгого микромагнитного подхода в рамках модели с двухмерным характером распределения намагниченности одновременно с точным учетом всех компонент энергии, определяющих структуру ДС: обменной, магнитоанизотропной, магнитостатической. Исследовать динамическое поведение вихревых доменных стенок в однородных магнитных пленках под действием постоянного внешнего магнитного поля Н, приложенного вдоль оси легкого намагничивания, с
использованием прямого численного решения нелинейного уравнения Ландау-Лифшица. Научная новизна
-
Описанный выше метод численных исследований впервые применяется для определения тонкой структуры доменных стенок в многослойных магнитных пленках. Результаты численных расчетов используются для обобщения и более широкой интерпретации имеющихся экспериментальных данных с целью учета двухмерных конфигураций намагниченности в пленках, в ситуации, когда главную роль играет межслойное магнитостатическое взаимодействие.
-
Впервые были проведены численные исследования влияния поверхностной магнитной анизотропии на процесс динамической перестройки внутренней структуры стенки.
-
Впервые были рассчитаны средние скорости движения вихревых доменных стенок в зависимости от величины приложенного внешнего постоянного магнитного поля. Результаты численных расчетов согласуются с экспериментальными данными, полученными для реальных пермаллое-вых пленок, одновременно позволяя получить новую информацию о периодической перестройке внутренней структуры ДС, происходящей в процессе ее движения.
Практическая ценность работы
Полученные результаты позволяют обобщить и более широко интерпретировать экспериментальные данные о структуре доменных стенок в магнитных пленках, о статическом и динамическом поведении ДС с учетом двухмерного характера распределения намагниченности. Результаты численного расчета влияния поверхностной магнитной анизотропии на процесс динамической перестройки внутренней структуры стенки позволяют предложить новый метод экспериментального определения величины константы поверхностной магнитной анизотропии. Используемая модель расчета и полученные результаты открывают возможность дальнейшего исследования особенностей строения тонкой структуры доменных стенок с двухмерным распределением намагниченности, а также динамических преобразований таких двухмерных стенок.
Публикации По материалам исследований, представленных в диссертационной работе, опубликовано 7 печатных работ.
Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Материал изложен на 115 страницах, содержит 41 рисунок, 2 таблицы и список литературы, включающий 107 работ.