Кластеры спиральных и цилиндрических доменов в феррит -гранатовых пленках при изменении магнитного поля и температуры тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

г ; (і ОД МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ / 6 Н’ОІІ ДЩЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 538.221 На правах рукопису

СОЙКА Олена Миколаївна

Кластери спіральних та циліндричних доменів у ферит - гранатових плівках при зміненні магнітного поля та температури

01.04.07. - Фізика твердого тіла

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Донецьк - 1998

Дисертація є рукописом

Робота виконана у Донецькому державному університеті Міністерства освіти України.

Науковий керівник: доктор фіз.-мат. наук

професор кафедри загальної фізики та дидактики фізики Донецького державного університету Заблоцький Віталій Арсенович.

Офіційні опоненти: доктор фіз.-мат. наук, професор,

старший наук, співробітник ФТ1НТ АН України,

Біляєва Алла Іванівна

кандидат ф.-м.наук, старший наук, співробітник, доцент кафедри теоретичної фізики Кучко Андрій Миколайович

Провідна установа: Харківський державний університет Міністерства освіти України (кафедра загальної фізики)

Захист відбудеться “ 1998 р. о годині на засідаш

спеціалізованої вченої ради К.06.06.03. Донецького державного університету (34005: м.Донецьк, пр.Театральний, 13, ауд.322).

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Донецького державног університету.

Автореферат розіслано “ £/ ” 1998 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради К.06.06.03.,

кандидат ф.-м.наук £? О.Є.Зюбанов

Актуальність теми Фізика кластерів та утворених з них систем є одним з нових приоритетних напрямків розвитку сучасної фізики, оскільки властивості, що демонструються кластерними системами, істотно відрізняються від властивостей макрочастинок. Отак, параметри кластерів (наприклад, енергія зв’язку) є немонотонними функціями числа частинок у них; а через високу реакційну здатність кластерів контакт двох або більш кластерів призводить до їх об’єднання й утворення нового кластера з іншими властивостями. Аналіз поведінки таких утворень показує, що кластери, їх розміри та структура визначають багато з яких фізичних властивостей системи. Присутність у системі ізольованих кластерів або структур, утворених кластерами, істотно змінює її температурну або польову еволюцію, відтак дослідження поведінки кластерних систем відкриває перспективу створення так званих кластерних нанотехнологій.

Об’єктом вивчення даної дисертаційної роботи були кластери спіральних й циліндричних доменів тонких одноосьових ферит - гранатових плівок. Оскільки конкретний вигляд потенциалу міжчасткової взаємодії мало впливає на фізичні властивості кластера, то дослідження поведінки кластерів, утворених доменами магнітної плівки, можуть дати результати, що описуватимуть еволюцію й інших кластерних систем, побудованих з мікрочастинок. Кластери доменів у тонких магнітних плівках, як й кластери мікрочастинок, генеруються у нерівноважних умовах, виникаючи спонтанно внаслідок переходу плівки з однорідного магнітного стану' в неоднорідний або в імпульсних магнітних полях. Подібно до кластерів мікрочастинок, кластери циліндричних доменів й кластери коміркуватнх магнітних доменів спроможні об’єднуватися один з одним, й при цьому змінюється функція розподілу кластерів за розмірами. Відомо, що еволюція функції розподілу кластерів за їх розмірами є одним з визначаючих параметрів кластерної системи. Через те що домени доступні візуальному спостереженню, функції розподілу доменів за їх розмірами можуть бути визначені з експерименту безпосередньо, що й складає одну з задач дисертаційної роботи. Істотною є роль кластерів й у фазових переходах (ФП) у системах мікрочастинок: їх присутність у системі може повністю змінити механізм й сценарій ФП. Дослідження кластерів та їх ролі при спонтанних переходах у доменних структурах (ДС) є ще однією задачею цієї роботи. Таким чином, дослідження кластерів, що складаються з магнітних доменів, еволюції кластерних доменних структур й процесів їх утворення є актуальною проблемою сучасної фізики твердого тіла.

Мета і задачі дослідження Мета даної дисертаційної роботи - експериментальне та теоретичне дослідження кластерних спіральних, аморфних та коміркуватнх доменних структур, умов співіснування й еволюції цих структур при змітанні зовнішнього магнітного поля й/або температури; вивчення спонтанних й індукованих полем переходів між доменними структурами.

Наукова новизна отриманих результатів Оригінальний напрямок досліджень, виконаних у даній дисертаційній роботі, полягає у систематичному й цілеспрямованому вивченні природи й механізмів переходів у кластерах магнітних доменів тонких одноосьових плівок, що індуковані зміненням температури й магнітного поля. Об’єктами експериментальних досліджень були монокристалічні ферит - гранатові плівки з одноосьовою анізотропією, в яких вперше низькочастотним імпульсним полем було створено стабільні кластери й гратки спіральних доменів й виявлено ряд спонтанних переходів у регулярних, кластерних та аморфних доменних структурах, для опису яких застосовано термодинамічний підхід.

На захист виносяться наступні конкретні результати:

1) Результати дослідження еволюції кластерів спіральних доменів: існування деякої критичної величини напруженості ефективного магнітного поля, при якій як поодинокі спіральні домени, так й спіралі, що утворюють структуру, зазнають нестійкості відносно стрибкоподібного зменшення їх довжини.

2) Результати розрахунку магнітостатичного тиску спірального домена й умови співіснування доменних фаз, аналіз яких, зокрема, показав, що спіральний домен має максимальне число витків у невеликих негативних полях формування.

3) Вперше виявлені спонтанні переходи у кластерних й регулярних коміркуватих доменних структурах, які супроводжуються значним (на 3-4 порядка) зменшенням густини числа доменів й співіснуванням доменних фаз; механізм зазначених переходів й умови їх здійснення.

4) Механізм упорядкування кластерних й аморфних структур циліндричних магнітних доменів; теоретичні й експериментальні залежності, що пов’язують час релаксації зазначених структур з ефективною температурою доменної структури.

5) Результати дослідження впливу температури магнітної плівки на процеси обертання кільцевих та гантелеподібних доменів: виявлений новий ефект утягненій в обертання гантелеподібних доменів, яке виникає внаслідок збільшення температури плівки; умови початку обертання й механізм гістерезису.

Практичне значення одержаних результатів Одержані в даній дисертаційній роботі результати істотно поширили існуючі уявлення відносно природи, поведінки та фізичних властивостей цілого ряду доменних структур, які формують у тонких одноосьових магнітних плівках: досягнено розуміння основних закономірностей змінень, що відбуваються у доменних структурах під впливом зовнішнього магнітного поля або температури плівки, які змінюються квазістатично; з’ясовано механізми переходів у кластерних, аморфних й квазірегулярних доменних структурах. Отримані результати є

з

базою для подальших експериментальних та теоретичних досліджень в області фізики магнітних доменів.

Нові результати виконаних досліджень можуть бути використані для створення й удосконалення різних магнітооптичних, магнітоелектронних та радіотехнічних приладів, основним елементом конструкції яких є плівки, що вміщають домени. У цьому полягає практична цінність результатов даної роботи.

Особистий внесок здобувачки полягає, перш за все, у тому, що нею була модернізована магнітооптична установка, що дозволяє формувати та вивчати ДС у тонких магнітних плівках, розроблено й удосконалено методи створення кластерних (спіральних, циліндричних, коміркуватих), регулярних й квазірегулярних доменних структур, експериментально досліджено еволюцію цих типів ДС при зміненій температури плівки та зовнішнього магнітного поля. Здобувачкою було виконано розрахунки магнітостатичних тисків спіральних й коміркуватих доменних структур, проаналізовано одержані результати й надано їх графічну інтерпретацію.

Апробація результатів дисертації Основні результати досліджень доповідалися й обговорювалися на наступніх конференціях та семінарах: VI Международному науковому семінарі "Фізика магнітних явищ" (Донецьк, 1993), Міжнародній конференції з магнетизму - ІСМ'94 (Варшава, 1994), VII Міжнародному науковому семінарі "Фізика магнітних явищ" (Донецьк, 1994), VI Європейській конференції "Магнітні матеріали та їх застосування" -ЕММА'95 (Відень, 1995), Семінарі відділу магнетизму Інституту фізики Академії Наук Чеської республіки (Прага, 1996), VII Міжнародній конференції з феритів (Бордо, 1996), Європейській конференції "Фізика магнетизму" (Познань, 1996), Міжнародній конференції "М’які магнітні матеріали" SMM'13 (Grenoble, 1997), Міжнародній Школі - семінарі для молодих вчених (Кацивелі, 1997).

Публікації За матеріалами дисертації опубліковано 15 робіт, у тому рахунку 8 статей у наукових журналах. Список основних робіт наведено у кінці автореферату.

Структура та обсяг роботи Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків та списку використаних джерел; вона викладається на 183 сторінках, вміщає 73 рисунка на 34 сторінках, 3 таблиці й список літератури з 165 найменувань на 12 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність вибраної теми дослідження, сформульовано мету та задачі дисертаційної роботи, викладено конкретні наукові результат, що виносяться на захист, показано їх наукову новизну й практичну значущість.

’ У першому розділі “Рівноважні спіральні доменні структури” виконано огляд великого циклу робіт за даною тематикою й окреслено коло питань, які вивчено у недостатній мірі. У зв’язку з цим визначено мету досліджень цього розділу даної дисертаційної роботи й здійснено постановку задач дослідження, які необхідно вирішити для досягнення поставленої мети.

Метою є дослідження еволюції рівноважного спірального домена під впливом зовнішніх факторів - магнітних полів та температури плівки, що змінюються квазістатично, вимірювання параметрів (періода структури, ширини спірального домена, довжини доменної межи, числа витків) спіральної доменної структури, яку було сформовано у присутності поля зміщення; вивчення впливу зовнішніх умов формування структури на тип структури, що отримується: ізольованої СпДС або гексагональної гратки СпД; теоретичний аналіз умов співіснування СпДС та її оточення.

Експериментальне дослідження температурно - польової стійкості різноманітних доменних структур було виконано на магнітооптичній установці, призначеній для отримання ДС у тонких прозорих магнітних плівках та вивчення їх за допомогою ефекту фарадеївського повертання при зміненні величин напруженості полів й/або температури. Схема установки передбачала можливість змінення температури від комнатної й вище точки Неєля, одночасного або почергового впливу на зразок магнітними полями: двома постійними - полем зміщення й планарним полем та двома змінними - імпульсним и осцілюючим полями. Об’єктами дослідження були одноосьові .магнітні плівки завтовшки

3-10 мкм, які були вирощені на підкладках з гадоліній- галієвого гранату методом жидко - фазної епітаксії. Вісь легкого намагнічування усіх плівок, що досліджувалися, колінеарна кристалографічному напрямку (111).

Експериментально було знайдено умови та розроблено метод створення стабільних кластерів й іраток спіральних доменів (ГСпД), досліджено температурний та польовий інтервали існування даних ДС, вивчено еволюцію СпДС під впливом поля й температури. З’ясовано, що змінення величини поля зміщення призводить до сепарації типів СпД, що

формуються. Так, вперше було одержано гексагональну гратку спіральних доменії) (Рис.І.а). яка разом з кластерннми та двофазними спіральними ДС демонструє сукупність типів, характерних для циліндричних та коміркуватпх ДС (останні також утворюють кластерні, двофазні структури и квазірегулярні гратки ЦМД та сотових доменів).

Експериментально досліджено залежності рівноважних параметрів спіральних доменів (періоду структури р, ширини домена сі) від поля формування Нф й параметрів Р, сі та довжини доменної межи від величини зовнішнього магнітного поля. Виявлено залежність найбільшого числа витків N СпД (його розміру й довжини доменної межи) від величини напруженості поля зміщення, в якому створювався даний СпД; чітко виражений максимум залежності знаходиться в діапазоні малих негативних полів, що відповідають області трансформації циліндричних доменів у сотові. Даний факт пояснено на основі застосування термодинамічного підходу й використання поняття магнітостатичного тиску доменної струкгури.

Вперше було одержано стабільні гігантські спіральні домени, які містять в собі більш 60 витків (Рис. 1,6). Встановлено, що температурний інтервал існування спіральної структури обмежений зверху критичною температурою, близькою до точки Неєля. Вперше досліджено еволюцію спіральних й кластерннх СпДС при квазістатичному зміненій зовнішнього магнітного поля та температури. З’ясовано, що зростання поля й температури призводить до розкручування спіралі (зсередини та ззовні) й існують такі критичні величини ефективного магнітного поля ^= (Т)’ почииаіочи 3 яких процес

зменшення довжини доменної межи СпД відбувається стрибкоподібно; при цьому найбільш стабільними е спіралі, шо утворюють гратку.

Умови співіснування н еволюція спірального домена під впливом поля й температури досліджено теоретично на основі аналізу виразів для радіального й торцевого магтіітостатичних тисків СпДС, що одержані у наближені спірального домена: а) системою зігнутих смугових доменів; б) системою зв’язаних півкілець; в) архімедовою спіралью.

а) б)

Рис. 1 Фотографії стабільних СпДС: гексагональної гратки спіральних доменів (а) та гігантського СпД (б).

Таким чином, було розроблено способи формування стабільних СпДС; вперше одержано й досліджено ГСпД та гігантські домени при звеличенні напруженості магнітного поля й температури; виявлено нестійкость ДС нового типу - стрибкоподібне зменшення довжини доменної межи СпД у критичному ефективному полі; з точки зору балансу магнітостатичних тисків співіснуючих фаз пояснено виникнення різних типів СпДС при зміненні Нф й еволюція СпД при звеличенні магнітного поля та температури.

Другий розділ “Динамічна поведінка гангелеподібних, кільцеподібних доменів та деяких нерегулярних ДС” присвячено експериментальному дослідженню ефекту обертання кільцеподібних та гантелеподібних доменів (ГД), що виникають у тонких ферит -гранатових плівках за певних зовнішніх діянь, а також вивченню ефекту післядії, що спостерігається у багатоосьових плівках залізо - ітрієвого гранату; створенню моделей та поясненню механізмів й рушійних сил ефектів, що спостерігаються.

У даній роботі розроблено способ формування динамічних доменів (ДД) -гантелеподібних, 8 - та кільцеподібних (кільцевих) доменів - доменів у вигляді кільця з розрізом. ДД формувалися із спіральних доменів як результат звеличення напруженості поля зміщення й/або температури (Рис.2). Виявлено, що присутність імпульсного магнітного поля невеликої (до 3-5 Е) амплітуди призводить до обертання отриманих таким чином доменів.

Рис. 2 І Ірої tec утворення кільцевого або гашелеподібного домена, який обертається. і спіральною домена, шо оточений іраткою ЦМД, при чміпенні поля чмішешія I lol, І-.: а - <)7; о - 90; її - 100; г - 102; д - 102.5.

Вперше було досліджено вплив зміненім температури плівки на гантелсподібні і кільцеві домени, що обертаються. З’ясовано, що кутова швидкість обертання лінійне залежить від температури (Рис.З). При цьому було виявлено новий ефект - при звеличенії температури плівки (у присутності змінного та постійного зовнішніх магнітних полів спостерігається угягнення до обертання гантелеподібних доменів, які були непорушним! при температурі їхнього формування.

На основі моделі, що припускає існування у доменних стінках даного домен; певного числа блохівських ліній, що характеризуються постійною лінійною густиною запропоновано механізм, що пояснює ефект послідовного втягнення до обертання ГД Знайдено умови початку обертання (поріг обертання) кільцевого та гантелеподібноп доменів, відповідно, у вигляді:

Нт>Нс{Т)

з(і+«2)

(1)

(2)

2та8е

де Яс - поле коерцитивності доменної межи; п - лінійна густина розташуванш

блохівських ліній у доменних стінках ГД або кільцевого домена, Н - швидкість зміни і:

часом ефективного магнітного поля, /і - товщина плівки, У - гіромагнітне відношення, а ■

параметр загасання Гільберта, х - , с/ - ширина кільця.

Таким чином, у відповідності з (2), гантелеподібгаш домен починає обертатися

якщо амплітуда імпульсного магнітногс поля перевищує поріг обертання, ще визначається числом блохівських ліній і його доменних межах й полем коерцитивності при даній температурі плівки.

Рис.З. Экспериментальна залежністі частоти обертання від температури для: 1 -ГД. який почав обертатися у момент ііогс створення; 2 -ГД, що втягнувся де обертання; 3 - кільцеподібного домена.

Вище описаний ефект утягненая до обертання непорушних гантелеподібішх доменів при збільшенні температури плівки супроводжується температурним гістерезисом: при охолодженні плівки домени припиняють обертання у зворотній ПОСЛІДОВНОСТІ й зупиняються при температурах, відмінних від температури старту. Було показано, що наявність температурного гістерезису (різниці між температурою початку й припинення обертання гантелегіодібного домена) обумовлено температурною відміною поля старту й поля коерцитивності доменної межи.

Виявлено, що останнім етапом еволюції стабільного кластерного спірального домена й утвореного з нього гантелеподібного домена є особливий стан - субдомен - “жорсткий” ЦМД, що має діаметр, у 10-100 разів менший, ніж діаметр звичайного ЦМД, цей субдомен не спостерігається візуально, починаючи з деякої величини напруженості поля (“жорсткими" ці домени є в силу тієї обставини, що їхній колапс відбувається в полях Нш, багато більших поля колапсу звичайних ЦМД). Внаслідок зменшення напруженостіполя від величини, меншої !ІкагІ, домен виникає у тому ж місці плівки, стаючи видимим, витягається у ГД, який починає обертатися у тому ж напрямку, що й до моменту ’’колапсу”; тобто існує особливий магнітний стан (субдомен), в якому зберігається інформація про напрямок обертання ГД та, наприклад, про конфігурацію спінів у початковому ГД.

Експериментально досліджено доменні структури багатоосьових плівок залізо -ітрієвого гранату. Виявлено ефект магнітної післядії, що відбувається як перехід від метастабільної доменної структури із більшим періодом до рівноважної хвилеподібної ДС з меншими періодом та шириною домена. Перехід починався після вимкнення зовнішнього магнітного поля й відбувався шляхом просунення межи, що поділяє метастабільну й рівноважну доменні фази (міжфазної межи) протягом 10-15 секунд. Показано, що рух міжфазної межи відбувається завдяки різниці магнітостатичних тисків цих співіснуючих фаз; знайдено зв'язок часу переходу з параметрами доменних структур.

У третьому розділі “Аморфні структури й кластерні гратки ЦМД, їхня стійкість та еволюція за умов квазістатичного змінення магнітного поля й температури” наведено результати експериментальних й теоретичних досліджень еволюції нерегулярних (аморфних) та кластерних ЦМД- структур, поведінки їхніх характеристик (періоду, розміру домена, кластера) під впливом температури й зовнішнього магнітного поля. Розроблено способи формування аморфних та кластерних ДС й метод статистичного опису аморфних й коміркуватих структур (встановлено вигляд функції розподілу числа доменів нерегулярної структури за їхніми розмірами й знайдено дисперсію розподілу цієї величини).

В роботі досліджувалися два типу аморфних структур ЦМД, що розрізнялися способом їхнього формування й параметрами (середніми величинами діаметра домена та

періоду структури). Перший тіш - нисокоіемнерагурпа аморфна структура - сіворювався як результат фазового переходу і однорідною стану в околі іемпераіурп Несля. друї'иіі піп нішмкин внаслідок насичення плівки планаршім полем. Н усіх експериментах вихідною для створення нерегулярної структури була квазірегу лярни і ексаіопальна тратта ЦМД. Обидві аморфні доменні структури являли собою великі масиви ЦМД різномані і них розмірів (діаметрів), що розташовувалися на різних відстанях (періоду сірукіури) один під одною. Внаслідок патетичної обробки ансамбля великого числа доменів було знайдено, то за будь-якої температури плівки величніш - діаметр домена и період аморфної сіруктурп -підпорядковуються розподілу Гауса, при цьому максимум функції розподілу відповідає рівноважному для даної темперу гурії діаметру ЦМД квазіреіулярної граші. Експериментально впяв;іепо и теоретично обгрунтовано, що аморфна структура ЦМД г стійкою до самої температ ури Нееля.

Було отримано II - Т діаграми аморфних структур й виконано термодинамічний аналіз їхньої стійкості. Експериментально їі теоретично показано, що параметри аморфної коміркуватої структури із зростанням напруженості ефективного магнітною поля И (із зростанням Н й/або Т) монотонно збільшуються, при цьому максимум функції розподілу числа комірок за їхніми розмірами зміщується у бік більших розмірів комірки. При нагріванні плівки з аморфною або кластерною ДС її відносна намагніченість збільшується таким же чином, як це відбувається прп намагнічуванні плівки зовнішнім магнітним полем за умови постійної температури.

В роботі було проведено дослідження впливу зміненім зовнішнього магнітного поля та температури па класгерні структури маті тих доменів. Експериментально було виявлено, що збільшення температури (в присутності постійного зовнішнього магнітного поля) й величини напруженості поля зміщення (за умови постійної температу ри плівки) ініціюють переходи як аморфної, так і кластерной квазіреіулярної ДС до аморфної коміркуватої структури з істото меншою густиною. При ньому, якщо даний перехід для квазірегулярної гратки ЦМД здійснюється шляхом просунення фронту розунорядкованої фази па регулярну (супроводжується співіснуванням двох фаз) й носить стрибкоподібний характер, а перехід в аморфній струкпрі спостеріїасться як безперервний процес розірвання доменних меж'у величезному числі комірок, то характер переходів у кластерних коміркуватих ДС займас деяке проміжне положення між першими двома. Переходи у кластерних ДС розмиваються при зменшенні розмірів кластерів.

Таким чином, «становлено, що фазові переходи з одного шпу доменної структури в інший при зміненій температури плівки відбуваю і і.ся в регулярних ДС сірибкоподібпо й посли, розмитії характер при зменшенні розмірів кластерів; в межі - один домен розілядагться як кластер (аморфна еірукіура) - перехід січи бешерервппм. Теоретично показано, що означені переходи керую ївся іміїїеппям маї пі і ос та і нчпою піску сірукіури.

В робоі і було окснеріїмеїііан.ію іі іеореіично досліджено механіїм процесів

упорядкування •» плавлення кластерних та аморфних структур ІДМД, що відбуваються в осцілюючих магнітних полях. Процес релаксації аморфної (та кластерної) ДС отримав теоретичний опис за допомогою введення поняття “ефективної температури" ДС, величина якої пропорційна амплігуді осцілюючого імпульсного магнітного поля. Одержано вирази для ефективної температури й часу релаксації структури, відповідно, у вигляді:

~ НІ5-с!-к

8а2

Вії

' Т

(3)

(4)

де Н„ - амплітуда змінного поля, к - товщина тонкої плівки, 5, - ширина доменної межи,

а - релаксаційна стала, N - число доменів гратки._________________________________________________

Експериментальні залежності часів релаксації аморфних ДС від Н~2Ш зображено на

Рис.4. Ці результати знаходяться у повній відповідності з висновками теорії (див.

мої. т-с0"с

вирази (3) и (4)).

120

Рис.4. Залежність часу релаксації доменної структури від величини,

обернено пропорційної квадрату амплітуди змінного поля, за умови 10 5 фіксованої температури плівки.

Пґ.з*

У четвертому розділі “Квазірсгулярні коміркуваті доменні структури. Спонтанні й індуковані магнітним полем переходи у коміркуватих ДС” експериментально й теоретично досліджувалися фазові переходи у квазірегулярних сотових (СДС) та коміркуватих ДС, що відбуваються при збільшенні напруженості магнітного поля й/або температури плівки. Виконано термодинамічний аналіз можливості здійснення фазових переходів у коміркуватих ДС та з'ясовано механізм переходів від одного типу ДС до іншого.

У випадку вихідної регулярної структури з малим числом дефектів упаковки переходи СДС-СДС відбувалися стрибкоподібно шляхом просунення чіткого фронту нерегулярної фази. Якщо ж вихідна гратка мача безліч дефектів упаковки, тоді перший каскад переходів до структури із меншою густиною здійснювався в деякому температурному інтервалі - спочатку в одній - двох областях, що містять дефекти такого

роду, після цього - в третій області, й т.д., тобто відбувався перехід до СДС, а залишки колишньої фази локалізовувалися як невеликі кластери всередині нової фази. Наступне зростання температури (поля) призводило до повного “розчинення” цих упорядкованих "острівків” у СДС'.

Експериментально було отримано фазові Н-Т діаграми для сотової регулярної-коміркуватої неупорядкованої доменних структур. З'ясовано, що як переходи, які відбуваються при збільшенні поля, так і переходи, які відбуваються при зростанні температури, є необоротними. Необоротність процесу пояснено тим, що для здійснення зворотного переходу від СДС малої густини до СДС великої густини потрібно зародження величезного числа доменів, а останнє пов'язано з подоланням значного енергетичного бар'єру.

З'ясовано, що основною рушійною силою спонтанних переходів СДС-СДС' с зменшення намагніченості насичення плівки із зростанням температури, тоді як змінення характеристичної довжини матеріалу не виявляє істотного впливу ані на змінення термодинамічного потенціалу СДС, ані на самі переходи; загальною умовою переходу будь - якої коміркуватої структури із меншими розмірами доменів та періоду у структуру з меншою густиною є обернення на нулЕ. Р( Н) = 0 тиску' вихідної фази. Знайдено вираз для тиску сотової доменної струюури як функція ефективного магнітного поля у вигляді:

'4(А-Ьі4п)

Р(Н) = &М;

--Я-3

(5)

ІТЯ)

де 6 = (л/з/2}^ *0.93, І- характеристична довжина, л = 2/л!л/з - число доменів, що приходяться на одиницю площини, а - період структури.

Запропоновано наступний механізм здійснення переходу від упорядкованої ДС до коміркуватої ДС меншої густини за умови досягнення величиною Я деяких критичних значень. При збільшенні напруженості Н дефекти - зародки нової фази СДС1, що характеризуються більшим локальним періодом - починають зростати. При звеличенні напруженості ефективного магнітного поля тиск у СДС, згідно (5), зменшується до нуля й стає негативним, тоді як тиск зародка СДС’, що має меншу густину, залишається позитивним. Це призводить до швидкого зростання зародків нової фази й, відповідно, зменшення об’єму старої фази.

Висновки В ході виконання задач, поставлених у даній дисертаційній роботі, було виявлено та досліджено нозі структури, явища й ефекти, дані про які раніше не зустрічалися у літературі, присвяченій цієї тематиці. Основні результати роботи сформульовано у наступних висновках:

1. Виконано вперше експериментальні дослідження еволюції кластерних граток й аморфних структур циліндричних магнітних доменів. Показано, що при будь - якій температурі плівки розподіл доменів за їхніми розмірами (діаметрам) є нормальним, а максимум цієї функції розподілу відповідає рівноважному для даної температури діаметру ЦМД квазірегулярної гратки. Із зростанням температури плівки відбувається зменшення середнього діаметру домена із одночасним збільшенням дисперсії розподілу. Отримано фазові діаграми аморфних структур ЦМД й виконано термодинамічний аналіз їхньої стійкості.

2. Експериментально та теоретично досліджено механізм упорядкування (плавлення) кластерних й аморфних структур ЦМД, що відбувається в осцілюючих магнітних полях. Показано, що упорядкування кластерної гратки відбувається шляхом зливання кластерів у більш великі. Теоретично показано й експериментально підтверджено, що час упорядкування кластерної структури ЦМД обернено пропорційний ефективній температурі ДС, величина якої пропорційна квадрату амплітуди імпульсного магнітного поля.

3. Експериментально досліджено поведінку квазіреіулярних та кластерних коміркуватих структур тонких ферит - гранатових плівок. Показано, що квазірегулярні коміркуваті структури при збільшенні магнітного поля або температури зазнають переходу до аморфної коміркуватої структури з істотно меншою густиною. Цей перехід носить стрибкоподібний характер і супроводжується співіснуванням двох фаз. Переходи у кластерних коміркуватих ДС носять розмитий характер й керуються зміненням магнітостатичного тиску структури.

4. Аморфна коміркувага структура, що виникає внаслідок означеного переходу, із зростанням напруженості ефективного магнітного поля (із збільшенням Я й/або Т) монотонно збільшує свої параметри та переходить у монодоменний стан. При цьому максимум функції розподілу числа комірок за їхніми розмірами із зростанням Я зміщується у бік більших розмірів комірки. При нагріванні плівки з аморфною або кластерною ДС її відносна намагніченість збільшується так само, як і при намагнічуванні плівки зовнішнім магнітним полем за умови постійної температури.

5. Експериментально досліджено залежності параметрів гігантських спіральних доменів (період структури, ширина домена, довжина доменної межи) від величин напруженості

магнітного поля формування й температури. Показано, що спіральні домени, які співіснують з іншими ДС, містять в собі максимальне число витків (N=60) в інтервалі

магнітних полів -0.1 <------<0. Саме цей ііггервал полів відповідає максимальному

4 яМ,

тиску оточуючої структури, отже, й максимуму радіального тиску спірального домена, оскільки необхідною умовою співіснування двох доменних фаз є рівність їхніх магнітостатичних тисків.

6. Вперше показано, що кластерні та квазірегулярні спіральні доменні структури зазнають нестійкості відносно стрибкоподібного зменшення довжини доменних меж внаслідок квазірегулярного збільшення напруженості зовнішнього магнітного поля або температури плівки. Встановлено, що величина напруженості критичного поля для граток спіралей перевищує відповідну величину для спірального домена, оточеного ДС іншого типу. Показано, що у присутності імпульсного магнітного поля квазістатичне зростання поля зміщення викликає перетворення спірального домена на гантелеподібний, який обертається.

7. Вперше досліджено вплив зміненая температури плівки на гантелеподібні та кольцеві домени, що обертаються. Виявлено новий ефект - при зростанні температури плівки (Н = const) спостерігається втягненая до обертання гантелеподібних доменів, що залишалися непорушними при температурі їхнього формування. Запропоновано механізм, що пояснює даний ефект, й знайдено поріг початку обертання гантелеподібних доменів. Вперше показано, що гантелеподібний домен починає обертатися, якщо амплітуда імпульсного магнітного поля перевищує поріг обертання (2), що визначається числом блохівських ліній у його доменних межах та полем коерцитивності при даній температурі плівки.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧКИ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Заблоцкий В.А., Мамалуй Ю.А., Сойка Е.Н. Магнитостатическое давление и его роль в механизме фазовых переходов в ячеистых доменных структурах// ФТВД.- 1993.- Т.З, № 4.- С.5-16.

2. Zablotskii V., Kirbitov V., Mezin N., Soika E. A magnetic after - effect as transition between two domain phases of garnet film // J. Phys. D.: Appl. Phys. -1995.- 28. -P.1-3.

3. Zablotskii V.A., Mamalui Yu.A., Soika E.N. Magnetization Curves of Disordered Cellular Domain Patterns in Thin Magnetic Films //Phys. Stat. Sol.(b). 1996.- v. 193.- P. 471-476.

4. Мамалуй Ю.А., Сойка Е.Н. Эволюция нерегулярных магнитных доменных структур пленок ферритов-гранатов при изменении температуры и магнитного поля// ФТВД-

1996.-Т.6, №1.-С. 24-32.

5. Заблоцкий В.А., Мамалуй Ю.А., Сойка Е.Н. Равновесные спиральные доменные структуры в тонких пленках ферритов-гранатов// ФТВД. -1997.- Т.7, №2. - С.74-81.

6. Zablotskii V., Soika Е. Domain Rotation in Magnetic Garnet Films // JMMM.-1998.- v. 182. -P.31-37.

7. Soika E.N. Conditions of Bubble Lattice and Spiral Domain Structures Coexistence in Thin Uniaxial Magnetic Films// Proceedings of the International School - Conference for Young Scientists "Solid State Physics: Fundamental & Applications" (SSPFA'97), Kiev. -14-22 June.-

1997,- R40-R43.

8. Сойка Е.Н. Влияние магнитного поля и температуры иа кольцеобразные м гантелевидные домены // Вестник студентов и аспирантов Донгу. Серия “А”. - 1998.-№1,- С. 103-110.

9. Заблоцкий В.А., Мамалуй Ю.А., Сойка Е.Н. Фазовые переходы в ячеистых доменных структурах// Сб. тез. докладов VI Международного научного семинара по Физике Магнитных Явлений, Донецк.-1993.- С.77

10. Zablotskii V.A., Mamalui Yu.A., Soika E.N. Temperature - induced changes of magnetic cellular domain structures in thin films // 6th European Magn. Mater, and Appl. Conference,

4-8 Sept. 1995, Wien, Abstract-P. 189.

11. Zablotskii V.A., Mamalui Yu.A., Soika E.N. Dumbbell rotation effect at various film temperatures// The European Conference Physics of Magnetism 96, Poznan, Poland, Abstr. 24-28 June. - 1996.-P. 128.

12.Zablotskii V.A., Mamalui Yu.A., Soika E.N. Effect of increasing temperature on dumbbell rotation in garnet films// 7th International Conference on Ferrites, Bordeaux, France, Abstr. -1996.- 3-6 Sept., P.116.

13. Zablotskii V.A., Mamalui Yu.A., Soika E.N. Relaxation of magnetic domain lattices under influence of ac - field// 7th International Conference on Ferrites, Bordeaux, France, Abstr.-1996,- 3-6 Sept., P.274.

14. Zablotskii V.A., Mamalui Yu.A., Soika E.N. Effective temperature of magnetic domain lattices and their relaxation to equilibrium states// The European Conference Physics of Magnetism 96, Poznan, Poland, Abstr. -1996,- 24-28 June.- P.127.

Lamonova K.V., Mamalui Yu.A., Soika E.N. Conditions of Spiral Domain Structure Stability //

Conf. Soft Magnetic Materials 13, Grenoble, France, 24-26 Sept., 1997.- Abstr.- P. 57.

Сойка О.М. Кластери спіральних та циліндричних доменів у ферит -гранатових плівках при зміненій магнітного поля та температури. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата фізико - математичних наук за спеціальністю 01.04.07. - фізика твердого тіла.- Донецький державний університет, Україна, м. Донецьк, 1998 р.

Диссертацію присвячено дослідженню поведінки кластерів спіральних та циліндричних доменів, що утврюються у тонких ферит - гранатових плівках, при зміненій зовнішніх факторів (магнітного поля, температури) та умов формування. Розроблено способ формування стабільних кластерів спіральних магнітних доменів низькочастотним імпульсним полем. Теоретично та експериментально досліджено механізм упорядкування та плавлення кластерних та аморфних доменних структур в осцілюючих магнітних полях; процес кристалізації (перехід аморфної ДС до кластерної та кластерної ДС до регулярної) пояснено при використанні введеного поняття ефективної температури ДС, величина якої пропорційна квадрату амплітуди осцілюючого поля. Показано, що стійкість співіснуючих структур обумовлено магнітостатичним тиском даних ДС.

Ключові слова: кластер магнітних доменів, доменна структура, тонка магнітна плівка, магнітостатичний тиск, магнітостатична енергія, фазові переходи, ефективна температура, ефективне магнітне поле, температурний гістерезис, фазова діаграма.

Сойка Е.Н. Кластеры спиральных и цилиндрических доменов в феррит -гранатовых пленках при изменении магнитного поля и температуры. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук по специальности 01.04.07. - физика твердого тела.- Донецкий государственный университет, Украина, г. Донецк, 1998 г.

Диссертация посвящена исследованию поведения кластеров спиральных и цилиндрических доменов, создаваемых в тонких феррит - гранатовых пленках, при изменении внешних факторов (магнитного поля, температуры) и условий формирования. Разработан способ формирования стабильных кластеров спиральных магнитных доменов низкочастотным импульсным полем. Теоретически и экспериментально исследован механизм упорядочения и плавления кластерных и аморфных доменных структур в осциллирующих магнитных полях; процесс кристаллизации (переход аморфной ДС в кластерную и кластерной ДС в регулярную) объяснен с использованием введенного понятия эффективной температуры ДС, величина которой пропорциональна квадрату амплитуды осциллирующего поля; показано, что устойчивость сосуществующих структур обусловлена магнитостатическим давлением данных ДС.

Ключевые слова: кластер магнитных доменов, доменная структура, тонкая магнитная пленка, магнитостатическое давление, магнитостатическая энергия, фазовые переходы, эффективная температура, эффективное магнитное поле, температурный гистерезис, фазовая диаграмма.

Soika E.N. Clusters of spiral and cylindrical domain in ferrite-garnet films under the conditions of magnetic field and temperature changing. - Manuscript.

Thesis for taking the scientific degree of the candidate of science in physics and mathematics on the speciality 01.04.07. -Solid state physics. -Donetsk State University, Ukraine, Donetsk, 1998.

The dissertation is devoted to the study of the behaviour of clusters of spiral and cylindrical domain, created in thin ferrite-garnet films, under the conditions of the external factors (magnetic field, temperature) and the forming condition changing. The experimental method of the formation of spiral domain stable clusters by low frequency pulse field was created. The mechanism of ordering and melting of cluster and amorphous domain structures in oscillating magnetic fields was investigated theoretically and experimentally; the crystallization process (the transition from amorphous DS to cluster DS and from cluster DS to regular DS) is explained in terms of DS’ effective temperature, the value of which is proportional to the square amplitude of an oscillating field; it was shown, that the stability of coexisting structures was explained by magnetostatic pressures of the DS.

Key words: magnetic domain cluster, domain structure, thin magnetic film, magnetostatic pressure, magnetostatic energy, phase transitions, effective temperature, effective magnetic field, temperature hysteresis, phase diagram.