Введение к работе
Актуальность темы.
Растущие потребности радио- и микроэлектроники в магнитных материалах для запоминающих устройств обусловили неослабевающий интерес науки и техники к проблеме деформационного упрочения кристаллов. Прикладной аспект этой проблемы связан с использованием в технике структурно неоднородными материалов.
Проблема взаимодействия структурных неоднородностей с доменными стенками (ДС) и дислокациями, в свою очередь, имеет два аспекта. Один состоит в предсказании магнитных и механических свойств материалов на основе известных механизмов закрепления. Другой - в получении информации о характеристиках дефектов и параметрах взаимодействия дефектов с доменными стенками и дислокациями.
Известно, что структурное состояние кристаллов определяющим образом влияет на ход намагничивания в области процесса смещения, а также на технические характеристики кристаллов. Механизм этого влияния заключается в закреплении доменных стенок и дислокаций неоднородностями.
Феноменологические теории. рассматривая процессы
движения дислокаций и доменных стенок, позволяют получить, в основном, качественную информацию о явлениях в кристалле. Количественные же характеристики весьма далеки от получаемых в экспериментальных исследованиях. Именно это обстоятельство в значительной степени определяет целесообразность применения математического моделирования при исследовании движения дислокаций и ДС через точечные препятствия (стопоры), расположенные в области скольжения.
Условия хранения и записи информации предъявляют жесткие требования к коэрцитивной силе пленочных, ленточных и других магнитных носителей. В связи с этим, разработка имитационной модели пиннинга, позволяющей сделать достаточно точные количественные прогнозы характеристик кристаллов, является актуальной задачей и должна рассматриваться как создание необходимого в научных исследованиях инструмента.
Целью данного исследования, в связи с вышеизложенным, явилось:
- создание алгоритмической модели движения дислокации - гибкой нити - через случайно расположенные потенциальные барьеры в приближении варьируемого линейного натяжения и точечных препятствий,
разработка методов вычисления вкладов в коэрцитивную силу хаотически расположенных в объеме образца крупных немагнитных включений,
создание комплекса программ для проведения компьютерных экспериментов и обработки статистических данных.
Научная новизна исследования.
1) создана универсальная имитационная модель движения ДС и
дислокаций в структурно-неоднородных материалах,
2) разработан алгоритм "параболических сегментов",
позволяющий проводить статистические эксперименты в
кристаллах произвольных размеров с учетом граничных условий,
3) предложен алгоритм термоактивированного движения струны и
построения предельно прочных конфигураций,
-
в пределе тонких магнитных пленок (ТМП) выведено уравнение равновесия доменной стенки в случайном поле локализованных дефектов,
-
методом численного эксперимента построено множество решений уравнения равновесия ДС-струны, образующих кластер равновесных конфигураций,
-
доказан протекательный характер кластера механически устойчивых конфигураций ДС и дислокаций, с помощью статистического эксперимента получены критические индексы для геометрических характеристик равновесных конфигураций ДС,
-
разработана методика расчета механизмов локального закрепления ДС и вычисления вклада в коэрцитивную силу хаотически расположенных в объеме образца крупных немагнитных включений.
Практическое значение работы.
1) создан комплекс программ для проведения машинных
экспериментов в математических кристаллах произвольных
размеров,
-
с помощью модели "параболических сегментов" получены геометрические характеристики дислокационной линии,
-
на основе разработанной методики вычислены величины коэрцитивной силы для реальных образцов.
Теоретическая значимость проделанной работы состоит в доказательстве принадлежности задачи движения доменных стенок и дислокаций к классу протекательных задач, установлении класса универсальности решенной задачи и вычислении критических индексов радиуса корреляции и параметров порядка. В работе проведен теоретический анализ механизмов закрепления доменных стенок.
С помощью имитационной модели движения доменных
границ в структурно-неоинородных кристаллах уточнена формула Фриделя и установлена область ее применимости.
Реализация результатов работы.
Результаты научно-исследовательской работы использованы в Институте проблем технологии микроэлектроники чистых металлов (г. Черноголовка) при разработке технологических карт для создания магнитных материалов для жестких дисков и в лаборатории магнитных материалов внешних запоминающих устройств Московского института стали и сплавов при расчете параметров напыления экспериментальных образцов пермаллосвых пленок. Акты внедрения представлены в приложении Ш.
Апробация работы.
Основные научные результаты докладывались на семинарах в
Институте проблем технологий микроэлектроники РАН, Физико-
техническом институте низких температур НАН Украины
(г. Харьков), в ВЦ СО РАН (г. Красноярск), в ВЦ СО РАН
(г. Новосибирск), КГПУ, КГТУ, на научно-технической конференции
"Проблемы техники и технологии XXI века"(Красноярск, март
1994 г.), на научно-практической конференции "Проблемы
информатизации города" (Красноярск, апрель 1995 г.), на международной
конференции "Математическое моделирование в электронике" (Львов,
сентябрь 1995 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 6 научных работах и в отчете по хоздоговорной тематике, в рамках которой выполнялась данная работа.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников, и трех приложений. Каждый раздел заканчивается кратким резюме. Диссертация изложена на 129 страницах машинописного текста. Приложения составляют 10 страниц. В работе содержится 30 рисунков и 2 таблицы. Список использованных источников включает 85 наименований.