Движение доменных границ и доменов в тонких FeNiCo пленках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

Г I D VH

1 7 АПР

roc комитет российской п>пдетлции по высшему образованию

УРАЛЬСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ' ИГ.'ЕНИ АЖГОРЬКОГО

На пр*в«й рукописи УДК 53Я.245:339.Я1(?.2

СЕМИРОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

ДВИЖЕНИЕ ДОМЕННЫХ ГРАНИЦ И ДОМЕНОВ S ТОНКИХ FgNICO ПЛЕНКАХ

01.04.11 - физика мягнитныя явммий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата фнэико-матвматнчзски* наук

Екатеринбург-1993

Раоота шкшйНа h пройм:.шой лаЗораТорш! фиеики м.ичштких явлений Иркутского государственного педагогического института

Научный руководитель.- кандидат фианко-кштбматичвашя

наук, доцент Карабанава Б.П. сЗфициаллныа оппоненты; доктор физико-математических

наук, профессор Кандаурова Г.С.j кандидат фиаиш-матеыатических паук, доцент Бурмистров С.А.

Ведущая организация; Институт фанки металлов

УрО РАН

# .¡Защита дисоертацик состоится хаЗй г,

i\ jD часов на заседании диссертационного совета K063.78.0-i по присуждении ученой степени кандидата физика-математических паук в Уральском государственном университете имени А.М.Горького (62ШЗЗ, г.Екатеринбург, пр.Ленина 51, аудитория 24В)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского гооу шнерситета им.A.M.Горького

Автореферат разослан " G " СИуМЛА— ibss г.

Учений секретарь специализированного совета кандидат фиаико-математических наук

.Кудреватых

ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы '

Воэмолности использования тонких магнитных плэнок в ннх технических устройствам вызывают повышенный интерес kcc.-.sv-ватедей к иаучении перспективных о точки ерении их npavwi?H:.r: ферромагнитных материалов. Сплавы FeNiCo составов могут £ыт> использованы при создании магниточувсгвитэльных датчиков £13, то-копленочных магнитных х'оловок ]U4 считывания высокошютной залпе;: информации [23, магниторезистивных элементов памяти [33 и рапо.-п-неющих устройств (ЗУ) на продвигаещцхся магнитных демонах t43. Важным преимуществом Fe-Ni-Co материалов, пс сравнению с пермаллоем, является на порядок более высокое значение константн одноосной анизотропии, что позволяет в значительно!! степени увеличр.гь плотность записи информации в элементах памяти на доменных границах с поперечными связями, а та>у,е существенно пс&ысить нацс-,г~ лость ЗУ на продвигающихся магнитных доменах .

Кроме прикладного значения исследование процессов перемагни-чипания тонких ферромагнитных пленск (ГШ) представляет и научный интерес. Прежде всего это связано с рядом особенностей тонкопленочного состояния, благодаря ксгэрыч молено получать более полную информации о механизмах процесса nepev * шиивания, чем при исследовании массивных образцов.

К настоящему времени, несмотря па большое количество экоп:-риментальних результатов, ряд важных как в научном, так к в прикладном значении вопросов изучен недостаточно. Это касается латерального движения зигзагообразных Доменных границ и. доменов, влияния величины поля одноосной анизотропии Нк и температуры на динамику доменных границ.

Объект исследования. Исследовались процессы движения доменных границ в пленках состава 15%Fe-64%Ni-21ZCo, легированных Ti i Si. Образцы были получены ионно-плазменным методом на кремниевые, стеклянные и слюдяные с угольным подслоем подложи. Толщина исследуемых плег'.'. составляла от 10 нм до 150 им. Индукция насыщения 1,2 Тл. Константа магнитострик^ги близка к куля. Величина поля одноосной анизотропии в плоскости пленок вжировалась от 0,8 кА/к до 4,8 кА/м. Коэрцитивная сила Но состав • гла 0,1 * 0,3 кЛ/v.

Цель работы

Целью данной работы является исследование процесса дышения доменных границ в ферромагнитных пленках состава 15%Fe-64XNi--й!%Со, легированных Ti и Si, толщиной 10 * 150 нм во внешних Магнитных КОЛЯХ.

Исходя из этой цели били поставлены следующие задачи:

1, Исследовать влияние толщины пленок и величины поля одноосной анизотропии на динамику продольных и поперечных доменных границ.

2. Изучить Елианиа температуры на процессы движения продольных и поперечных доменных границ .

Я. Исследовать свойства и выявить механизмы латерального дьи^еьия зигзагообразных доменных границ и доменов.

Научная новизна работы

1. Впервые в тонких ферромагнитных ыагнитоодноосчих пленках н-оладался аффект насыщения скорости V движения поперечных доыеи-hих границ во внешни)! магнитных полях. Предложено объяснение у^ньаекия подвижности поперечных доменных границ с ростом внешнего магнитного поля Н и появления на зависимости V(H) участка насыщения скорости их движения ва счет взаимодействия полей рассеяния поперечной доменной границы о полями рассеяния нвелевских доменных границ, разделяющие полосовые домены, образующиеся под воздействием внешнего магнитного поля.

2. Впервые проведены систематические исследования влияния температуры ка скорость движения продольных и поперечных доменных границ в МП с величиной поля одноосной анизотропия от 2,5 кА/ы до 4 кА/м и толщиной от 10 нм до 150 км. Установлено, что характер влияния ивменения температуры на динамику доменных границ зависит от толщины пленок. Показано, что в интервале температур от 20°С до 150°С изменения в механизмах движс-аия доменных границ определяются температурной вазисимостью константы одноосной анизотропии и ее влиянием на структуру дсмэнных границ и пороговые поля вращения намагниченности.

3. Впервые показано, что латеральное движение вйгзагообраз-кых доменных границ имеет Место в ТШ толщиной в несколько раа меньшей толедшы, соответствующей переходу от доменных границ с поперечными связями к блоховасим дамеклий гранитам. Пп"гукзк5к«

модель, связывающая латеральное движение вигеагсобразных доменных границ с периодическим изменением, под воздействием йнешнего поля, плотности магнитных зарядов, а следовательно, о изменением енергии к скорости движения смежных наклонных к оси легкого намагничивания (ОЛН) границ, образующих виггаги.

4. Предложен способ управления продвижением плоских магнитных доменов вдоль оси трудного намагничивания ТФП под воздействием комбинации магнитных полей.

5. Предложен магнитостатический канал продвижения плоских магнитных доменов (ПВД) .

Практическая значимость работы

Проведение данных исследований связано с возможностью ист-пользования тонких ферромагнитных пленок в качестве носителей информации, а также различного рода датчиков автоматики. В основном, перспективы использования тонких FeNi Ca пленок связаны a проводимыми 'в настоящее время работами по соэдзнио на их основе магниторезистивных ьапоминатада устройств и элементов памяти па плоских магнитных доменах.

В процессе эксплуатации устройств тонкспленочные элементы могут подвергаться различного рода температурным и деформационным воздействиям, приводят™ к изменению их магнитных параметров. Таким образом, при разработке устройств на ТОП необходимо иметь представление о влиянии изменений магнитных параметров на динамические свойства доменных границ.

Одним из ключевых моментов при разработке элементов памяти на ПВД является решение проблемы упр&злзгмого продвижения доменов в направлении оси трудного намагничивания ТФП... В связи с этим особый интерес приобретают исследования латерального движения плоских магнитных доменов.

В рамках этих исследований разработан и запатентован: Канал продвижения плоских магнитных доменов. МПК Gil СИ/14 N 93-048863/24/048936. Авторы: Гаврклюк A.B., Семяров A.B.

Апробация работы. Реъ?я>ты исследований, изложенных в дис.-сертации, докладывались на: научно-технической конференции "Перспективные материалы твердотельной электроники. Твердотельные преобразователи в автоматике и робототехнике" (Минск 1990), Всесоюзных семинарах "Новые магнитные ызтериачы микроэлектроники" ' (Нст-

- 5 -

город 1990, Астрахань 1992, Москва 1994), Всероссийском координационном совещании вузов по физике магнитных явлений (Иркутск 1992, Астрахань 1993), Российской конференции по электронной микроскопии (Черноголовка 1994).

Публикации. Основное содержание диссертации -опубликовано в 15 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пятя глав, заключения и списка цитированной литературы. Она содеркнт 153 страницу машинописного текста, включая 40 рисунков. Список цитированной литературы содержит 214 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы. Дана краткая характеристика структуры изложения материала. Приведены сведения о научной новизне и практической значимости выполненных исследований.

Первач глаза диссертации посвящена рассмотрению имеющего место к настоящему времени состояния исследований динамических свойств доменных границ (ДГ) ■• и плоских магнитных доменов. Проводится сравнение теоретических и экспериментальных результатов исследований. С учетом того, что в диссертационной работе исследуется влияние температуры на динамические свойства ДГ, которые должны соответствующим образом зависеть от температурных изменений магнитных параметров ТФП, в обзоре также проводится рассмотрение вопросов влияния температуры на намагниченность насыщения, поле анизотропии и коэрцитивную силу тонких пленок.

Вторая глава содержит описание используемых для решения поо- . тавленных задач методов исследования ТФП.

При изучении динамических свойств доменных границ был использован метод прерываемого намагничивания С53. Латеральное движение зигзагообразных ДГ осуществлялось под воздействием Комбинации' внешних магнитных полей, включающей в т-ебя переменное магнитное поле, приложенное вдоль ОДН, и постоянное магнитное поле, направленное вдоль оси трудного намагничивания (ОТН) пленки. Методика измерения скорости латерального движения зигзагообразных ДГ и доменов была аналогична методу прерываемого намагничивания. С целью проведения исследований влияьля температуры на динамику доменных границ была разработано и изготовлено перемагничивающее

устройство, - позволяющее производить нагрев ТФП. Определенно типа

- £ -

ДГ проводилось методом электронной лорекцеэол микроскопии. Контроль магнитных параметров ТФП осуществлялся магнитоэлектрически (индукционный гистериограф) и магнитооптическим (гкстериогркр на основе эффекта Кёрра) методами.

В третьей главе представлены результаты исследований зависимостей скоростей движения продольные и поперечных доменных границ от величины внешнего мапнгл-юго поля У(Н).

Интерпритация результатов исследований динамических свойств ДГ невозможна без знания типа этих доменных границ. В результате проведенных электронномикроскопических исследований ТОП, используемых при изучении процессов движения ДГ, были установлены, области толщин, в которых реализуются однородные доменные границы блоховского и неелевского типов и периодические ДГ с поперечными связями. Для периодических ДГ определены максимальные значения плотности поперечных связей и тсшцины ■ пленок, при которых они наблюдаются.

Полученная рлвисимосгь подвижности £ = йУ/йН продольных доменных границ от толщины пленок хорошо согласуется с результатами электроиномикроскопических исследований типа ДГ и коррелирует с аналогичными наблюдениями, проведенными на пермаллоевых ТФП [6]. Сам характер зависимостей V(Н) для продольных и поперечных ДГ согласуется с исследованиями С7]. В тоже время установлено, что с уменьшением толщины пленок, ■ начиная с 40 нм, происходят заметные изменения динамических свойств доменных границ. Это находит свое отражение в изменениях характера зависимостей У(Н). Так, на зависимости У(Н) для продольных ДГ (рис.1Л) отсутствует, участок насыщения скорости их движения, также наблюдается уменьшение отношения порогового поля Нр, соответствующего началу влияния на про-• цесс движения ДГ механизмов неоднородного вращения намагниченности, к величине поля одноосной анизотропии. Для поперечных ДГ характерным является начинающееся с некоторого значения поля К д. , монотонное уменьшение их подвижности г, обычно до нулевого значения, т.е. появляется интервал полей, в котором скорость движения поперечной ДГ остается неизменной (рис.1Е).

В работе предложена модель, свяэываюпая Наблюдаемое поведение доменных границ с их взаимодействием с полосовой доменной структурой, образующейся под воздействием внешнего-магнитного поля Н. Исходя из этой модели, уменьшение подвижности поперечных ДГ с ростом поля Н обусловлено увеличением энергии необходимой

- 7 -

200

100

Щ-я"

1000

аооо

1000

аса

/

/2

3

I- //'"

, Ч

1000

Н.А-лГ'

гооо

$

Рис.1. Зависимости скорости V движения доменных границ от величины внешнего магнитного поля „Ч. А - продольные; В -поперечные доменные границы. Зависимости 1 соответствуют ТФП толщиной 0 * 15 нм с величиной поля одноосной анизотропии Нк = 2,1 кА/м; 2 - Б « 25 нм, Нк = 1,3 кА/м; 3-0 » ¡¿5 нм, Нк = 1,9 кА/м; 4 - 0 = 15 нм, Нк «= 3,4 кА/м.

- 8 -

для преодоления взаимодействия поперечной ДГ с полями рассеяния неелевских доменных границ, разделяющих полосовые домены. Проведенная теоретическая оценка этого взаимодействия на самом деле показывает, что с увеличением внешнего магнитного поля Н энергия, затрачиваемая на перемещение поперечной ДГ. при ее магнитостати-ческом взаимодействии с полосовой доменной структурой, возрастает.

В результате взаимодействия продольной доменной границы с рябью намагниченности должно поисходить волнообразное искривление ДГ о периодом волн, соответствующим периоду ряби намагниченности. Увеличение с ростом поля Н амплитуды ряби должно вызывать усиление искривлений ДГ и, в конечном счете, появление на ней изломов. Возникновение изломов на продольной ДГ является причиной начала влияния на процесс ее движения механизмов неоднородного вращения намагниченности. Способствовать появлению изломов Судет переход от ряби намагниченности к полосовым доменам. При сопоставлении экспериментальных зависимостей V(Н)• продольных и- поперечных ДГ наблюдается хорошее соответствие величин порогового поля Нр и поля Н начала уменьшения подвижности поперечных доменных границ (рис.1).

Результаты экспериментальных исследований изменений конфигу-гят'ил ДГ под воздействием внешних магнитных полей, а также влия-: *п на процессы движения доменных границ составляющей поля, направленной едоль ОТН пленки, согласуются с динамическими свойствами ДГ, вытекающими из рассмотренной модели.

В четвертой главе представлены результаты исследований влияния температуры на процессы движения доменных границ.

Необходимо отметить, что в исследуемом температурном диапазоне ( от 20°С до 1Б0°С ) все наблюдаемые изменения в процессах движения доменньм границ имели обратимый характер.

В результате проведенных исследований установлено,. что характер и степень влияния температуры на динамику как продольных так и поперечных доменных границ определяются толщиной пленки. Наиболее существенные температурные изменения в процессах двте-ния ДГ на начальном участке зависимостей V(Ы) наблюдаются в ТОТ то* ':ной менее 60 нм. Происходящее с ростом температуры уменьшение величины поля Нр, соответствующего началу влияния на динамические свойства продольных Дп неоднородного вращения намагничен-ноетп, характерно для всего исследованного диапазона толщин*пле-

- 9 -

• _I_I_—I_,_I_I__

о еоо гооо зооо

Рис.2. Зависимости скорости движения V поперечных доменных грг,!иц от величины внешнего магнитного поля Н при разных температурах ТФП. Толщина пленок 25 нм. Зависимости 1+3 соответствуют ТФП с величиной Нк при 20°С - 3,2 кА/м; 4 + 6 - ТФП с Нк « 4,16 кА/м. Зависимости 1 и 4 получены при Т = 120°С; 2 и 5 - при Т -70°С; 3 и 6 - при Т = 20°С. На верхней вставке приведены зависимости величины поля анизотропии данных образцов от температуры. Зависимость 1 соответствуетТФП с величиной Нк при 20°С - 4,16 КА/м; 2 - ТФП с Нк - 3,2 кА/м. На нижней вставке приведена зависимость от температуры отношения величины поля Нв, соответствующего началу третьего линейного участка зависимости У(Н), к соответствующему данной величине Нв вначению Нк.

нок (от 10 нм до 150 нм). Общей тенденцией в характере температурного изменения зависимостей V(H} у псперечкых доменных границ является уменьшение с повьлзением тейпечатури интервала полой, соответствующего начально!/-/ участку на зависимости V(H), а смещение в сторону меньших перемагничивак^га полчй уч.готкоз, ка которых в процессе движения ДГ значительную роль играет мехаяигми неоднородного вращения намагниченности (рис. 2).

В связи с тем, что процесс двихеккя ДГ существенным сбразсм зависит от магнитных характеристик ТОП, при интерпретации температурных исследований динамических свойств доменных границ необходимо иметь представление о температурных изменениях магнитных параметров пленок. Исследуемые пленки имели нулевую магнитострик-щг-. Используемая область температур от 20°С до 1Е0°С исключала изменение магнитных параметров Еоледсгвш: изменения структуры и фагового состава ТФП. Как показывает экспериментальные исследования, для пленок пермаллоеного класса измеиенно исмагаичешюсти насыщения в диапазоне температур от 0,37 Т/Гс до 0,5 Т/Тс (Тс -температура Кюри) составляет не более 4Z [8]. Таким образом, основное влияние на изменение динамических свойств ДГ будут оказывать температурные изменения величин кслрциткЕнс:: силы Не и константы одноосной анизотропии. Коэрцитивная сила, олреу:-.'ллсt/r-i по полю старта Кст доменных границ, зависит от г-э^/модействия ДГ г. дефектной структурой тонких пленок, которая в и-следуемом тем-:î ратуpjîcm диапазоне остается неизменной. Таким образом, температурное изменение величины Нет обусловлено изменением стуктуры доменных границ. Исходя из того, что основное влияние на структуру доменных границ при фиксированной тол:цине ТФП и постоянной величине Ms оказывает величииа константы однооскей анизотропии Ки, все наблюдаемые изменения процесса движения доменных границ мо.т.ио объяснить температурными изменениями Ки. Полученные зависимости величины поля одноосной анизотропии Нк от температуры Т для всех исследованных ТФП имели линейный характер (рис.2). При этом, изменение величины Нк составляет (0,5 + 10) А/м-°С. Подтверждением определяющего влияния температурного изменения величины Н:с на процесс движения доменных границ являются результаты исследований ¡зависимостей V(H) в ТФП о различкнуи значениями Нк. Та1--, зависимости V(H) для продольных доменных границ в ТОТ Толщиной ■/0 нм, полученные при Т « 120°С на пленке с Ив = 4 кД/м и при 20ср на ТФП с Нк » 3,2 кАД<, практэтеслс совпадает (рис.Й), т.е. пег.ыше-

- 11 -

10

HÜ-iol лУ

Н.А-л'

о

IODO

2000

Рис.З, Зависимости У(Н) для продольных доменных границ, полученные при различных температурах пленок толщиной 40 нм. Зависимости 1+3 соотвествуют ТФП с величиной Нк при 20°С -3,2 кА/м; 45-6 ТФП с Нк - 4 кА/м. Зависимости 1 и 4 получены при Т = 120Ог"; 2 и 5 при Т = 70°0; 3 и 6 при Т - 20°С. На вставке приведена зависимость подвижности доменных границ ш на начальной участке У(Н) от величины Нк, измеренной при соответствующей данному значению £ температуре ТФП.

Рис.4. Зависимости У(Н) для продольных доменных границ, полученные' при различных температурах Т пленки толщиной 80 нм с Нк при 20°С - 2,9 кА/м. Зависимость 1 получена при Т -120°С; 2 - Т - ?0°С; 3 - Т - 20°С (исходное состояние); 4 -Т = 20°С (после охлаждения).

V, м с1

Н.А-л-'

о

1000'

2000

нив температуры ТФП от 20°С до 120°С адекватно 20% уменьшению поля ее одноосной анизотропии. Аналогичное соответствие зависимостей V(H) при разных температурах ТФП с различными значениями Нк наблюдается и для поперечных ДГ (рис.2).

Как показывают электронномикроскопические исследования ТФП с Нк - (3 + 4) кА/м, в области толщин от Г:0 нм до 60 нм реализуются доменные границы с поперечными связями, плотность которых пропорциональна . Таким образом, полученный в этой области толщин линейный характер зависимости подвижности s доменных границ от величины поля анизотропии, измеренного при температуре ТФП, соответствующей данному значению g (рис.3), хорошо согласуется с результатами теоретических исследований влияния гироскопических сил на динамику блоховских линий в ДГ с поперечными связями C9J.

Аначиз возможных причин изменена динамических свойств продольных доменных границ с изменением температуры в ТФП толщиной менее 20 нм показывает, что здесь определяющее влияние на процесс движения ДГ оказывает происходящее под воздействием температурного, изменения величины.Нк изменение ширины доменных границ.

В ТФП толщиной более 60 км реализуются однородные доменные границы елоховского типа. Для исследуемых ТФП о Ku « 2rt.is2 ширина блоховской ДГ в основном определяется величинами константы обмена и намагниченности насыщения. Т.к. в интервале температур от 20°С до 1Б0°С эти параметры изменяются незначительно, становится понятной слабая зависимость динамических характерастик ДГ от температуры (рис.4).

Температурные изменения динамических свойств поперечных ДГ на начальном участке зависимости V(H) во многом обусловлены соответствующими изменениями в процессах движения продольных ДГ. . В больших переыагничиваощих полях, где на процесс движения поперечной ДГ начинает оказывать влияние неоднородное вращение намагни-1 ченности вблизи доменной границы, скорость ее движения должна непосредственно зависеть от величины Нк. Это подтверждается происходящим с изменением температуры, т.е. с изменением величины Нк, практически параллельным смещением третьего линейного участка на зависимости Y(H) в область меньших перемагничивающих полей. Наглядно пропорциональный характер температурных изменений величины Нк и изменений в процессах движения ДГ на третьем участке зависимости У(Н) можно проиллюстрировать температурной зависимостью отношения порогового поля начала этого участка Нв fi соот-

- 13 -

I"

е

Рис.5. Схематичное представление влияния внешних магнитных полей на распределение намагниченности в области верхушки домена и на направление и скорость продвижения образующих ее наклонных к ОЛН доменных границ: А - в поле, приложенном по ОЛН; Б и В в полях, приложенных по ОЛН и ОТН при различных направлениях поля по ОЛН.

150 100 50

V, Л/С

Н,А/л

о

вой 1600

Рис.6. Зависимости скорости движения наклонной к ОЛН доменной границы от величины поля Нт в присутствии поля Нл. Угол наклона доменной границы к ОЛН у = 10°. Величина поля Нл = 0,4 кА/м. Зависимости 1 и 2 получены при различных направлениях поля Нл.

ветствующему данной величине На sначеши поля одноосной анизотропии. В действительности, как показано на рис.2, величина отношения Нв/Нк при изменении температуры ТФП остается неизменной.

Таким образом, все наблюдаемые температурные изменения динамических свойств доменных границ, в основном, обусловлены соответствующим температурным изменением величины поля одноосной анизотропии, влияющей как непосредственно на сам процесс движения ДГ, так и через изменения в ее структуре.

В пятой главе представлены результаты исследований латерального движения (движения вдоль ОТН пленки) зигзагообразных доменных границ (ЗДГ) и плоских магнитных доменов (ПМД).

Установлено, что латеральное движение ЗДГ наблюдается в ТОТ всего исследованного диапазона толщин, т.е. от 15 нм до 150 ны. Предложенное ранее [10] объяснение либерального движения ЗДГ применимо только для пленок толщиной большей некоторого критического значения, соответствующего минимальной толщине, при которой реализуются ДГ блоховского типа . Для исследуемых пленок с Нк -(3+4) кА/м она составляет около 60 нм. Это в 4 раза больше минимальной толщины пленок, при которой наблюдалось латеральное движение ЗДГ.

Анализ возможных механизмов латерального движения ЗДГ показывает, что наиболее вероятной, его причиной является влияние плотности магнитных зарядов на динамические свойства наклонных к ОЛН границ, образующих зигзаги.

Как показывают теоретические исследования СШ, анергия и структура ДГ зависят от плотности магнитных зарядов. Во Енешнем магнитном поле, направленном под углом к ОЛН, плотность магнитных зарядов на соседних наклонных границах АВ и ВС, образующих зигзаг, различна (рис.5). Исходя из этого, естественно предположить, что скорость движения соседних наклонных границ, несущих разный по величине магнитный заряд, также будет различной.

Результаты измерений скорости движения наклонной на 10° к ОЛН доменной границы от величины поля Нт, направленного вдоль ОТН пленки, представлены на рис.6. Видно, что изменение направления поля Нл, приложенного вдоль ОЛН, т.е. изменение величины плотности магнитного заряда на доменной границе приводит к изменению величины скорости ее движения. Причем наибольшая скорость движения соответствует ДГ с наименьшим магнитным зарядом. В соответствии со схемой, приведенной на рио.ББ, при движении зигзага аверх,

- 15 -

...... У ■ . ,1,1

' 'А* '. •'•

Рис.7,. Смещение одиночного домена вдоль ОТН пленки под воздействием комбинации внешних магнитных полей Н, Нт и Нр.

.•;:;ч 1

V

скорость движения границы АВ, имеющей больший заряд, будет меньше скорости движения границы ВС. При смене направления составляющей поля Нл произойдет изменение плотности магнитных зарядов на ' границах и граница АВ будет иметь меньший по величине заряд, чем граница ВС. Поэтому при движении зигзага вниз (рис.5В) скорость движения участка АВ будет выше скорости движения участка ВС. В результате ва цикл изменения направления поля Нл, т.е. за цикл продвижения зигзага вверх и вниз, он сместится на некоторое расстояние вдоль ОТН пленки. Периодическое изменение направления поля Нл, в целом, будет приводить к осциллирующему движению ЗДГ вдоль ОЛН пленки и поступательному движению зигзагов вдоль ОТН. Вытекающее из зарядовой модели направление движения зигзагов зависит от взаимной ориентации намагниченности в доменах, а также направления поля Нт и согласуется с экспериментально наблюдаемым направлением движения.'

Практический интерес представляет возможность предвидения вдоль ОТН пленки плоских магнитных доменов (ПМД). Рассматриваемое

- 15 -

латеральное движение ПМД определяется движением его Еерхушек. При атом, если все факторы, влияющие на движение противолежащих верхушек домена одинаковы, результирующее смещение ПМД вдоль ОТН пленки Судет равно нуля. В случае, если условия продвижения верхушек домена различны, то возникает результирующее смещение ПМД. При этом скорость латерального движения ПМД определяется различием скоростей движения верхугзек домена.

Предлагаемый способ управления продвижением ПМД основан на вариации асимметрии локального магнитного поля относительно центра доменопродЕигающего канала (ДПК) независимо от магнитного поля, формирующего сам канал продвижения доменов. При этом величина и направление магнитного поля, формирующего асимметричное распределение локального магнитного поля, будут определять величину и направление скорости движения ПЭД вдол^ оси трудного намагничивания. Практически это может быть реачизоЕано путем использования двух токовых шин, одна из которых создает магнитное поле,формирующее ДПК, а другая - его асимметричное распределение относительно центра ДПК. При этом воздействие на ПМД импульсного магнитного поля, направленного противоположно их намагниченности, т.е. вызы-Эающего осцилляцию ИМИ вдоль ОЛН пленки, в присутствии постоянного поля Нт, направленного вдоль ОТН , приведет к движению доменов вдоль оси трудного намагничивания ,ТФП. Смещение одиночного домена вдоль ОТН пленки представлено на рис.?.

Для использования ДПК в различного рода функциональных устройствах (регистрах сдвига, накопителях информации, репликаторах, переключателях и т.д.) предпочтителен такой режим управления ПМД в канале, который не оказывал бы влияния на продвижение доменов в других каналах и при котором за единичный цикл продвижения домены проходили бы равные расстояния. Один из вариантов формирования в ТФП системы ДПК и временные диаграммы магнитных полей, воздейс-0 твующих на продвигаемые по каналам домены, а также график смещения 5 ПМД в зависимости от времени Ь представлены на рис.8. Весь процесс управления продвижением ПВД в доменопродвигающих каналах сводится к управлению величиной, длительностью и полярностью импульсов магнитного поля, создаваемого токовыми шинами 6.

I— < — »

I— 1

в

Рис.8. А - система доменопродвигагсщих каналов. 1 - каналы продвижения 1ОД; 2 - диэлектрическая подложка; 3 - тонкая одноосноанизотропная магнитомягкая пленка; 4 - слой диэлектрика; 5 - токовые шины или магнитожесткие аппликации;' 6 -управляющие токовые шины. Б -. временные диаграммы магнитных полей, воздействующих на продвигаемые по каналам домены и график смещения Б доменов в зависимости от времени Ь. Нт и Н - внешние магнитные поля, направленные соответственно по ОТН и ОЛН пленки. Нупр - управляющее локальное магнитное поле, создаваемое токовыми шинами - 6.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Впервые обнаружено, что скорость движения поперечных доменных граяиц в некотором интервале внешних магнитных полей остается неизменной. Установлено, что появление на аависимости скорости движения поперечной доменной границы от величины внешнего магнитного поля участа насыщения скорости движения определяется толщиной пленок и величиной поля одноосной анизотропии. Показано, что уменьшение, с ростом внешнего магнитного поля, дифференциальной подвижности поперечной доменной границы обусловлено взаимодействием ее полей рассеяния с полями рассеяния неелевских доменных границ, разделяющих полосовые домены.

2. Впервые проведены систематические исследования влияния температуры на скорость движения продольных и поперечных доменных границ в ТФП с величиной поля одноосной анизотропии от 2,5 кА/м до 4 кА/м и толщиной от 10 нм до 150 нм. Установлено, что характер влияния изменения температуры ТФП на динамику доменных границ зависит от толщины пленок. Показано, что в интервале температур от 20°C до 150°С изменения в механизмах движения доменных границ определяются температуркой зависимостью константы одноосной ани-•вотропии и ее влиянием на структуру доменных границ и пороговые поля начала вращения намагниченности.

3. Впервые показано, что латеральное движение зигзагообразных доменных границ имеет место в ТФП толщиной в несколько раэ меньшей минималиной толщины, при которой реализуются доменные границы блоховского типа. Установлена связь латерального движения зигзагообразных доменных границ с динамическими свойствами продольных доменных границ. Предложена модель, объясняющая латеральное движение зигзагообразных доменных границ периодическим изменением плотности магнитных варядов, а следовательно, изменением, энергии и скорости движения смежных наклонных к ОЛН границ, образующих аигааги. Показана связь бокового движения плоских магнитных доменов с латеральным движением зигзагообразных доменных границ. Рассмотрены варианты продвижения ПЦД вдоль оси трудного намагничивания пленки.

4. Предложен магнитостатический канал продвижения плоских магнитных доменов, в котором локальные магнитные поля, формирующие доменопродвигающий канал, создаются неоднородным по толщине высококоэрцитивным слоем.

б. Предложен способ управления продвижением плоских магнит- 19 -

ных доме;:.;в вдоль оси грудного намагничивания тонкой магнитной пленки, в котором управление продвижением НМД осуществляется путем вариации локального импульсного магнитного поля, формирующего асимметричное распределение магнитного поля относительно центра доменопродвигасщего канала, независимо от магнитного поля, формирующего сам доменопродвигаищий канал.

1. Hoffman G.R., Hill E.W., Birwistle J.К. Compensating temperature-induced sensitivity changes in thin film NiFeCo magneto-resistive magnetometers // IEEE Trans. Magn.,1986, v.22, N 5, p.949-951.

2. Карпенков C.X. Совершенствование тонкопленочных магнитных и"' иагнитореаистивных головок // Зарубежн. микроэлектроника, 1992, N 7, с.48-68.

3. Pohm А.V., Cornstoek C.S., Granley G.B., Daughton J.M. Write Stability of 2,0 x 20 м-n2 Ш Memoy Cells // IEEE Trans. Magn, 1891, V.27, N 6, p.5520-5522.

4. Labrune M., Puchalska I.В.,Hubert A. Domain propagation along the hard axis in a onefold layer // J.Magn.Magn.Mat.,1986, V.61, p.321-329.

5. Кслотов O.C., Погсхев В. А. Делеснин P.В/, Методы и аппаратура для исследования импульсньи свойств тонких магнитных пленок.-М.: МГУ, 1970, 192 с.

6. Шишков А.Г., Ильичева Е.Н., Широкова Н.Б., Абакумов Б.М. Подвижность 180° доменных границ в пермаллоевых пленках широкого

. диапазона толщин // СШ, 1974, т.31, в.2, с.434-435.

7. ГаЕрилюк Б.В. Динамические свойства границ плоских магнитных доменоз в FeNiCo пленках. - Автореферат канд.дис..Красноярск, 1987, 22 с.

8. Праттон М. Тонкие ферромагнитные пленки.- Л.: Судостроение, 1967,. 266 с.

9. Згездин А.К..Попков А.Ф., Сигов А.С., Шишков А.Г. Влияние ди-' намики блоховских линий на физические свойства доменных границ с поперечными связями // (НИМ, 1989, т.67, в.З, с.6.16-619.

10. Labrune М., Hamzaoui S., Puchalska I.В. Zigzag wall dynamics in uniaxial in plane magnetic thin films // J.Magn.Magn.Mat., 1986, V.60, p.243-258.

11. Hubert A. Charged Walls in Thin Magnetic Films // IEEE Trans. Magn., 1979, V.15, N 5, p.1251-1260.

- 20 -

Основные реаультааы диссертации отра'&ены в следующих райотах:

1. Гаврилюк А. В., Гаврилюк Б.В., Семиров А.В. Динамика доменных границ в FeNlCo пленках,содержащих немагнитные вюшчения // Тез.докл. научно-технич. тиф. "Перспективные материалы твердотельной электроники", Минск, 1930, ч.1, с.160-161.

2. Гаврилюк А.В,,"Гаврилок Е.В., Семиров А.В, Динамика доменный границ в FeNiCo пленках,легированных кремнием // Тез.докл.XII Всесоюзной иг.семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники", Новгород, 1990, ч.1, с.219.

3. Семиров А.В., Гаврилюк А.В., Гаврилюк Б.В. Динамика доменных границ в тонких FeNiCo пленках // Тез.докл. VI Всероссийского коорд. совещ. вузов по физике магнитах явлений, Иркутск,1992, с. 15-16.

4. Гаврилюк А. В. .Гавршшк Б.В., (.. .«ир^в А.В. Влияние температуры на динамику доменных границ в тонких ГеШСо пленках // Тез. докл. XIII Есесоюон. шк. семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники", Астрахань, 1992, ч.1, с.184-165.

5. Семиров А.В., Гаврилюк А.В. Движение зигзагообразных доменных границ вдоль оси трудного намагничивания // Тез.докл. Всероссийского совещания по физике магнитных явлений. Астрахань, 1993, с.9.

6. Семиров А.В., Гаврилюк А.В., Гаврилюк Б.В. Динамика доменных границ в тонких FeNiCo пленках с различными значениями ноля анизотропии // Сб."Физика магнитных материалов", Иркутск,1993, с.82-85.

7. Семиров А.В., Гаврилюк А.В., Гаврилюк Б.В. Исследования влияния температуры на динамические свойства доменных границ в тонких FeNiCo пленках // Сб. "Физика магнитных материалов", Иркутск, 1993, С.79-82.

В. Gavrilyuk A.V..Semirov A.V. Lateral propagation of zigzag domain walls and flat lozenge - type domains // б Joint МММ Internes . Conf., Hew. Mexico, 1994, abstract.

9. Semirov A.V., Gavrilyuk A.V. Lateral propagation of flat lozenge - type domains // International Conf. on Magnetism, Warsaw, 1994, abstract.

10. Gavrilyuk A.V., Semirov A.V. Zigzag domain wall propagation!1 under the influence of ял alternating applied field having1 an inclination to the eazy axis // 14 Intern. Colloquium en Magnetic Fibs and Surfaces, Dusseldorf, 1994, digest, p.704-705.

- 21 -

11. Семироп A.B., Гдеридюк A.B. Движение оигвагосбралных дсмгиных границ под воздействием периодически меняющегося поля, приложенного' под утлом к ОЛН // Тез.докл. XIV шк.семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники", Москва, 1994, ч.1, с.44-45.

12. Рузан Л.Л., Семироэ A.B. Влияние константы анизотропии на область существования границ с поперечными связями // Тез.докл. XIV шк.семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники", Москва, 1В94, ч,1, с.38.

13. Семиров A.B., Карабанова В.П., Гаврилок A.B., Носков Л.Н. Структура доменных границ в тошгих FeNiCo пленках // Сб. "Физика магнитных материалов", Иркутск, 1995, с.6-9.

1.4. Гаврилки A.B., Семиров Л.В. Исследование движения варяженных доменных границ в ферромагнитных пленках // <ШМ, 1995, т.79, вып.3, с.413-418. 16. Канал продвижения плоских магнитных доменов. Патент МПК G11 СИ/14, N 93-048e63/24/Q48936. Авторы: Гавршток A.B., Семиров A.B.