Магнитные свойства неупорядоченных редкоземельных ферримагнетиков Сайко, Геннадий Владимирович

Введение к работе

Актуальность работа. Физика и техника магнитооптических'запоминающих устройств представляет собой в настоящее время бурно развивающуюся область науки.

Одним из наиболее перспективных классов материалов для " записи- . вающих сред являются аморфные, сплавы редкоземельных и переходных металлов. Широкий спектр уникальных свойств пленок аморфных сплавов 3d-4f элементов (достаточно , низкая температура Кюри - 50-300^в'С, значительная энергия перпендикулярной магнитной анизотропии, доста-. точно высокая магнитооптическая активность и т.д.) позволяет создавать на их основе высокоэффективные запоминающие устройства, использующие .термомагнитную запись ..и магнитооптическое, считывание. Подобные магнитные среды обеспечивают высокую плотность записи 10 бит/см (что примерно на два порядка выше аналогичного показателя современных серийных накопителей), обладают малыми шумами воспроизведения и для термомагнитной записи в них могут быть использованы сравнительно маломощные полупроводниковые лазеры.

Стремительный прогресс в решении прикладных задач, в том .числе ' и в создании магнитооптических ЗУ, стимулировал развитие ряда фундаментальных проблем связанных с изучением влияния структурной сто-, хаотичности на физические свойства среды, имеющих большое общенаучное значение. Среди них важное место занимает изучение динамики . межфазных границ в неупорядоченных средах. Возможность изменения состава аморфных магнитных сред в .широких пределах и наличие удобных с экспериментальной точки зрения магнитооптических методов визуализации доменных структур дают основание полагать, что аморфные магнитные среды являются удобными объектами в исследованиях особенностей динамики межфазной границы в неупорядоченных средах. В то же время, современное состояние исследований по динамике ДГ и росту доменных структур в кеупорядаченшх ^средах едва ли можно охарактеризовать как удовлетворительное.

С другой ' стороны . изучение ослбенностей влияния стохастичнооти среды на статические и динамические магнитные свойства имеет большое прикладное значение. Хотя в ША и Японии уже созданы серийные ЗУ, использующие в качестве рабочей среды аморфные сплавы редкоземельных и переходных металлов, тем не менее в настоящее зремя идет активный поиск новых сред и оптимизация процессов запиои-всспроиз-

... - 4 -

ведения на существующих носителях. Такое состояние дел обусловлено тем обстоятельством, что большая часть используемых на сегодняшний день составов получена скорее в результате перебора компонентов. чем в результате целенаправленного поиска. Современное развитие магнитооптических ЗУ идет по пути увеличения плотности записи, переходу к более коротковолновой области спектра, создание устройств с прямой перезаписью. Это выдвигает на передний план исследование широкого спектра физических свойств аморфных сред,, изучению которых, несмотря на значительные успехи в области получения и использования пленок аморфных магнитных материалов не уделялось достаточного внимания. Так, одной из важных проблем по которой на сегодняшний день не имеется полной ясности является влияние пространственной стохас-* точности на магнитные свойства среды, как статические так и динамические. В первую очередь это относится к теории магнитного упорядочения в аморфных магнитных средах и теории магнитных структур в структурнонеупорядоченных магнетиках.

Будущее магнитной записи, по-видимому, связано с переходом на
магнитные носители состоящие из' невзаимодействующих микроскопичес
ких ферромагнитных частиц (содержащих 10⁴-10* атомов). Устойчивость
хранения информации в таких средах существенно-определяется процес
сами туннелирования макроскопического магнитного момента. Поэтому,
представляется исключительно важным исследование различных факто
ров, определяющих туннелирование в подобных системах. *' Одним из та
ких факторов есть'воздействие внешнего шума, .fy

Цель работы. Целью диссертационной работы является изучение статических и динамических свойств магнитных сред с пространственной и временной стохастичноетыо: исследование структуры магнитного упорядочения и спин-переориентационных переходов в аморфных магнитных средах: 'исследование влияния внешнего шума ::а характер спин-переориентационных переходов в магнетиках; исследование особенностей динамики доменной границы в структурно' неупорядоченных средах во внешних магнитных полях близких к коэрцитивной силе.-К главным задачам работы относятся:

1. Исследование структуры магнитного упорядочения и спин-переориентационных фазовых переходов в неупорядоченных средах с конкурирующей магнитной анизотропией.

2. Исследование спин-переориентационных переходов в аморфных пленках редкоземельных и переходных металлов. Изучение влияния структурного разупорядочения на магнитные свойства соединений пере-

- 5 -ходных металлов с иттрием.

3)'Изучение процессов движения доменных границ в структурнонеу-порядоченных средах. Исследование термоактивированного движения доменных границ в неупорядоченных средах в магнитных полях, чья величина нз превосходит поле коэрцитивности. Установление взаимосвязи формы доменных структур, получаемых в процессе термоактивированного роста с параметрами среды (намагниченностью, температурой, толщиной пленки и т.д.). Классификация типов доменных структур, возникающих в процессе термоактивированного роста.

4) Исследование воздействия внешнего зависящего от времени шума на характер спин-переориентационных переходов в одноосных магнетиках. Изучение макроскопического туннелирования. индуцированного шума.

Научная новизна. В работе впервые:

1. Показано, что в случае, если характер макроскопической магнитной анизотропии определяется в основном анизотропией парного упорядочения, то аморфные соединения редкоземельных и переходных металлов можно рассматривать как магнетики с конкурирующей анизотропией. Построены магнитные фазовые диаграммы. Получены уравнения для линий устойчивости и линий существования фаз с ближним и дальним порядком.

2. Изучено влияние стохастичности среды на магнитные свойства соединений иттрий-переходный металл. Показано, что при аморфизации первоначально кристаллического обменно-усиленного парамагнетика возможен переход к ферромагнитному упорядочению через суперпарамагнитную область. Определена зависимость намагниченности и температуры Кюри зонных слабых ферромагнетиков от характера стохастичности среды.

3. Изучен характер движения доменных границ в структурно-неупорядоченных средах в окрестности поля коэрцитивности. Показана эквивалентность задачи о развитии доменной структуры в структурно-неупорядоченном магнетике задаче со свободными границами (задача Стефана). Изучен характер зависимости формы растущих%доменных структур от параметров среды: температуры, намагниченности, магнитной анизотропии и т. д. '

4. Обнаружено, что доменные структуры, образующиеся в процессе термоактивированного роста обладают свойством самоподобия. Для количественной характеристики растущих доменных структур предложено использовать Фрактальные размерности. Выполнено- численное моделиро-

-6--вание процессов роста доменных структур в неупорядоченных средах, обсуждена связь с экспериментально наблюдаемыми доменными структурами. Определены фрактальные размерности.

5. Выполнен анализ релаксационной динамики одноосного ферромагнетика в присутствии мультипликативного внешнего шума. Показано, что в системе наблюдается новый тип фазовых переходов: фазовый переход, индуцированный шумом. Исследован характер зависимостей фазовых диаграмм от параметров: величины одноосной анизотропии, внешнего магнитного поля, мощности шума. Рассмотрен механизм макроскопического туннелирования магнитного момента, индуцированного шумом. Вычислено Еремя перехода из метастабильного состояния в устойчивое/

Практическая ценность. В результате' выполнения диссертационной работы разработана модель термоактивированного движения доменных границ - в структурно-неупорядоченных магнитных средах, позволяющая связать параметры среды с типом неустойчивости формы магнитного домена в процессе записи и хранения информации. На основании приведенного анализа доменных структур удалось установить количественные характеристики формы структур доменов - фрактальные размерности, которые связаны с соотношением сигнал-шум при считывании информа-

. ЦЙИ.

На основе разработанной модели аморфного ферромагнетизма в спла-^ вах РЗ-ПМ удалось связать состав среды с величиной одноосной магнитной анизотропией.и полем коэрцитивное. Полученные соотношения позволяют оптимизировать состав записывающей ср^цы с целью увеличения плотности записи :.иформации. быстродействия записи, а также оптимизировать процессы перезаписи.

В результате исследования релаксационной динамики одноосного магнетика получены соотношения, позволяющие связать свойства системы со стабильностью хранения информации в новом, классе запоминающих устройств, использующих в качестве носителя микроскопические магнитные частицы, помещенные в немагнитную матрицу.

Результаты, выносимые на зашиту.

5. Результаты теоретического исследования спин-переориентации в аморфных сплавах редкоземельных и переходных металлов: создание модели аморфного магнетизма сплавов РЗ-ПМ. исследование фазовых диаграмм Н-Т. ^;

6. Результаты теоретического исследования влияний стохастичнос-ти среды на' характер магнитного упорядочения в соединениях Y-Co, Y-Fe на псипне развитых представлений о характере спиновой переори-

ентации в соединениях с конкурирующей анизотропией.

3. Результаты теоретического исследования процессов движения доменних границ в структурно-неупорядоченных магнитных средах: создание математической модели термоактивированного движения - доменних границ, установление эквивалентности с задачами со свободной границей.

4. Результаты численного моделирования движения доменных границ в аморфных средах: обнаружение сзойства самоподобия растущих доменных структур, характеристика морфологии.растущих доменных структур с помощью фрактальных размерностей, исследование характера влияния анизотропии роста на характер растущих- доменных структур. ,

5. Результаты теоретического анализа влияния внешнего шума на характер спин-переориентационных переходов в магнитных средах: исследование стационарной плотности распределения, характера фазовых переходов; обнаружение фазового перехода индуцированного внешним шумом; изучение характера макроскопического туннелирования магнитного момента, индуцированного шумом.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации обсуждались на: Всесоюзном семинаре по магнитомикроэлектронике (Алушта, 1989 г.). V Всесоюзном совещании по когерентному взаимодействию излучения с веществом (Симферополь.. 1990 г.), IV Семинаре¹ по функциональной магнитоэлектронике (Красноярск. 1990 г.),. XII Всесоюзной Школе-семинаре Новые магнитные материалы микроэлектронике (Новгород, 1990), Выездной сессии Научного совета АН СССР, по проблеме "Редкоземельный магнетизм: физика и приложения" (Алушта. 1991 г.). XIX Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений (Ташкент, 1991 г.), loth Internatinal Colloquium on Magnetic Films and Surfaces (Glasgo, UK. 1991). INTERMAG-92 (fit. Louis, USA, 1992). MORIS-92 (Tucson.. USA, 1982), а также на научных семинарах в Московском физико-техническом институте, Институте общей физики АН, Институте физических проблем АН. Институте энергетических проблем-химической физики АН, Объединенном институте ядерных исследований.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 12 печатных работах, список которых приведен в конце авторефе^ рата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, трех» приложений и списка цитируемой литературы. Работа содержит ISO страниц текста, включая 40 рисунков. 3 таблицы и библиографию из it2. наименования.

*