Введение к работе
Актуальность темы. Высказанная в 1967 году идея Бобека об использовании цилиндрического магнитного домена (ЦМД) в качестве единицы хранения информации дала ощутимый импульс эволюции физики доменных границ в тонких магнитных пленках и привела к созданию промышленной технологии совершенных монокристаллических пленок магнитных материалов, что послужило развитию принципиально новых направлений в магнитной микроэлектронике: ЗУ на ЦМД, вертикальных блоховских линиях (ВБЛ), магнитооптических управляемых транспарантов (МОУТ), изделий СВЧ электроники и магнитооптики. Среди функциональных устройств магнитной микроэлектроники дискретные устройства обработки информации наиболее продвинуты в области промышленного внедрения. Они характеризуются высокой надежностью, энергонезависимостью, широкими возможностями хранения и обработки информации. По совокупности уникальных свойств здесь следует выделить эпитаксиальные магнитные пленки висмутсодержащих ферритов-гранатов, имеющих легко перестраиваемую доменную структуру, высокую скорость доменных границ (ДГ), высокую прозрачность и гигантский магнитооптический эффект Фарадея в видимом диапазоне света. Поэтому практически одновременно с разработками и исследованиями ЗУ на ЦМД были начаты разработки и исследования магнитооптических устройств. Несомненный интерес здесь вызывают магнитные матричные устройства, в которых ячейки представляют собой локальные участки пленки с измененными физическими параметрами, являющиеся функциональными элементами. Ячейка магнитооптической матрицы может выполнять функцию оптического клапана, имеет память, пороговое поле перемагничивания, допускает считывание информации как оптическими, так и электрическими методами.
Ожидалось широкое использование магнитооптических матричных устройств в качестве пространственно-временных модуляторов света (транспарантов) в системах оптической обработки информации (голографические автокорреляторы, параллельные оптические вычислители и т.п.). Однако, несмотря на разработки многочисленных конструкций транспарантов и демонстрацию их принципиальных возможностей в оптико-электронных устройствах, для промышленного внедрения этих устройств у нас в стране требовалось решить целый ряд проблем: - повысить надежность записи информации в магнитооптический тран-
спарант, которая была недостаточной из-за неконтролируемой перестройки тонкой структуры ДГ при перемагничивании ячеек движением ДГ в плоскости ячейки;
увеличить быстродействие перемагничивания ячейки, определяемое временем прохождения ДГ расстояния, сравнимого с размерами ячейки в плоскости;
уменьшить энергопотребление, определяемое пороговым полем и временем перемагничивания ячеек.
Рассмотренный в диссертационной работе механизм вертикального перемагничивания ячеек движением торцевой ДГ (ТГД) и проведенный анализ условий формирования ТГД в неоднородном приповерхностном слое Ферромагнитного диэлектрика во многом позволяют преодолеть отмеченные выше физические ограничения.
Развитие Физики доменных границ в эпитаксиальных пленках с открытой доменной структурой позволило японскому исследователю Кониши выдвинуть и обосновать предложение об использовании упорядоченного набора вертикальных блоховских линий (ВБЛ) для хранения информации в магнитных ЗУ. Эта идея вызвала новый подъем интереса к физике доменных границ, поскольку обещала существенное повыше-ние плотности записи информации в ЗУ (до 103 бит/см ) при сохранении уже разработанных принципов построения ЗУ на ЦМД.
Сложность исследования структуры доменных границ, обусловленная малой протяженностью магнитных неоднородностей (0,05-0,1 мкм), создает проблему контроля ВБЛ и работы сдвигового регистра памяти. Поэтому на первый план, наряду с разработкой экспериментальных методов, выдвигаются задачи численного моделирования нелинейной реакции магнитной системы на управляющее воздействие и создания адекватных физических моделей. В частности, практический интерес представляют исследования структуры доменной границы в неоднородных ферромагнетиках, нелинейной динамики вертикальных блоховских линий в пространственно-периодическом потенциальном рельефе, влияния взаимодействия ВБЛ на их динамику. Все это требует дальнейшего развития методов математического моделирования, поисков новых подходов к решению задач физики доменных границ.
Цель работы формулировалась в следующих конкретных задачах: 1. Анализ и разработка физических и математических моделей функциональных элементов магнитооптических транспарантов и сдвигового регистра памяти на вертикальных блоховских линиях. Разработка программного обеспечения для исследования моделей на ЭВМ.
-
Исследование квазистатического вертикального перемагничива-ния функциональных элементов магнитооптических транспарантов.
-
Исследование динамического продвижения кластеров вертикальных блоховских линий в пространственно-периодическом потенциальном рельефе.
Научная новизна. В работе впервые проведены подробные теоретические исследования квазистатического вертикального перемагни-чивания ферромагнитного диэлектрика с неоднородным приповерхностным слоем как на основе модельных профилей физических параметров материала в слое, так и на основе реальных профилей, полученных ионной имплантацией; установлены зависимости величины поля пере-магничивания от параметров материала, типа и степени неоднородности слоя ; построена теория пространственно-периодического потенциального рельефа для вертикальной блоховской линии в сдвиговом регистре памяти, сформированном ионной имплантацией; проведены подробные исследования нелинейной динамики взаимодействующих кластеров вертикальных блоховских линий в этом рельефе; объяснен нелинейный механизм автодвихения кластеров ВБЛ в однородной пленке доменосодержащего материала при воздействии короткого импульса магнитного поля.
Практическая ценность работы заключается в возможности непосредственного использования результатов для проектирования и изготовления магнитооптических транспарантов с вертикальным пере-магничиванием и сдвиговых регистров памяти в ЗУ на ВБЛ. В частности, полученные результаты определяют диапазоны допустимого изменения характеристик проектируемых устройств, существенно упрощают и ускоряют оптимизацию характеристик по заданным параметрам при использовании разработанного программного обеспечения. Предложенные и защищенные авторскими свидетельствами конструкции магнитооптических транспарантов могут быть использованы в системах оптической обработки информации.
Научные положения', выносимые на защиту:
-
Результаты теоретических расчетов процесса квазистатического вертикального перемагничивания одноосного ферромагнетика с неоднородным приповерхностным слоем.
-
Конструкции новых типов магнитооптических транспарантов.
-
Результаты численных и аналитических расчетов динамического продвижения кластеров вертикальных блоховских линий в про-
странственно-периодическом потенциальном рельефе.
4. Объяснение нелинейного механизма однонаправленного автодвиже-
- б -
ния кластеров ВБЛ в импульсном магнитном поле смещения.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на IV Всесоюзной школе по оптической обработке информации (Минск,1982), VI Всесоюзном объединенном семинаре " Средства памяти на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД) , физические свойства, характеристики и технические применения " (Симферополь, 1983), Всесоюзном совещании по доменным и магнитооптическим устройствам (Суздаль, 1985), X Всесоюзной школе-семинаре " Новые магнитные материалы микроэлектроники '" (Рига,1986), Всесоюзной школе-семинаре "Доменные и магнитооптические запоминающие устройства" (Тбилиси,1987), IX Всесоюзном научно-техническом семинаре " ЦМД/ВБЛ в системах обработки и хранения информации. Доменные и магниооптические усройства. " М:1989; XII Всесоюзной школе-семинаре "Новые магнитные материалы для микроэлектроники" (Новгород,1990) и опубликованы в 23 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы (154 наименования). Работа изложена на 226 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков и 5 приложений.
