Низкочастотная динамика доменной структуры в пленках ферритов-гранатов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

^ РГБ ОЛ

ГОС!СО!^1^Р ^РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАН!® ^ ^дЦ

'ЛЛЬСЕШЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАИЕНИ ГОСУДАРСТВЕННА ' УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Л.Н.ГОРЬКОГО

На правах рукописи

УДК 538.61

СШЩЕРСЮШ АЛЕКСЕЙ ЭДУАРДОВИЧ

НИЗКОЧАСТОТНАЯ ДНЛАиНКА" ДС!*ЕМН0Л СТРУКТУРЫ

о плёнках серритоп-грлиатоз

01.04.11 - физика магнитных явлений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата Физика-математических наук

Ёкатеринбупг - 1004

■работа выполнена в Уральском ордена Трудового Красного 'Знамени государственном университете ш.А.М.Горького, на кафедре физики магнитных явлений.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

доктор физико-ыате!,этических наук, профессор 1Сандаурова Г. С. доктор физико-математических наук В.И.Ялышев; кандидат физико-математических наук Ю.Н. Драгошанский

Ведущая организация:

Институт физики металлов УрО РАН

7 ^ О

За1цита диссертации состоится '4х ^А^ 1994 г.

вг£часов на заседании специализированного совета' К083.78.04' по присуждению ученой степени кандидата физико-ыатеиатичес-ких наук при Уральском государственной университете ии.А.М.Горького (620083, г.Екатеринбург, пр.Ленина 51. аудитория 248).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского госуниверситета.ни. А.И.Горького.

Автореферат разослан

/

— ./,—

Учёный секретарь специализированного совета кандидат .физико-натецатических наук

.1994 г.

.Кудреватых

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Зпитаксиапьше плйнки Ферритов-гранатов благодаря свошд 'НИ1 сальным магнитны!.! и магнитооптическим свойствам надлн фименение и пирокоТл классе ышгаю- и сптоэлектроншх уст-юГ-ютв, таких как запониканцне устройства, магнитоопт;^ческис юдуляторы света, дефлекторы, затворы, кагнитоуправляеиыэ •ранспаранти.

Свойства кристаллов ферритов-гранатов довольно хорошо 1зучены в статических (и юзазистатических) магнитных полях сан теоретически так и экспериментально. Немалое снимание 'деляется также исследована этих материалов в высокочастот-шх магнитных полях,где Наблюдаются такие явления как ферро-(агнитннй резонанс, резонанс деленных границ, возбуядсиил спи-ювых волн. Все эти эффекты наблйдаятся при частотах 10509 Гц. Однако практически неисследованной осталась область 1гстот, легадая иетду статикой ,и вкссгаши частота);», т. е. обметь '10-105 Гц. хотя здесь, 1&к оказалось, существуют по юнее интересные эффекта.

Первые ке наш работы показали, что в 1П*3!<очастот»ш юремеиных магнитных полях в кногодокенгавс платах '!Г могут фоисходить процессы самоорганизации и форьировонил ¡гпорядо-юкных динамических доненных структур. Эти явления оказа-шсь аналогичны!;и тем, которые наблэдачтеп а неравноаеснух ■ериодинамическнх системах и тктишга исслодуп-гсл о с>!яерге-■ике (переходы хаос-порядок, Формирование днссилатнснгк упо-)ядоченных структур). '

Цель работа. Основной целью работа являлось последовало условии возшпшопения упорядоченных дин&'шческих донец--шх структур в переменных магнитных полях, дзл'ких от частот, сарактсркых для резонанса доменных границ и возбуждения :пинопкх волн.

Для достизения поставленной цели в кастояцеЯ работе ро-галксь следус^иэ конкретные задачи:

1.Отработка методик изучения поведения донегатой структуры пл&юк <*ерритсв-граматоз в ^.ерешпш «агшггнзх полязстг 1 интервале температур 290 - 150 К, н-Йлпдения. н £отогрг.?и-зовакия доменной структуры влЫашке. •

2, Исследование отклика Доменной. структуры (ДС) гойнок на сложенное переменное магнитное'поле частотой Г-10 - 105 Гц 1 амплитудой от О.до 25 С! Э с различной зависимостью !Ш5

3.Исследование влияния однородных и неоднородных пос; янных магнитных полей 'на поведение динамической домен! структуры, возникающей в переменном магнитном поле.

. 4.Исследование влияния температуры образцов на сущес вующие в них дина.ическис доменные структуры.

5.Определение условий формирования устойчивых динш. ческих доменных структур.

Научная новизна работы заключается в следующих резу/ татах и половениях выносимых на защиту:

1. Впервые в иногодоменных магнитоодноосных плбночь кристаллах, при определенных условиях внешней накачки пер ыенным магнитным полем наблюдалось особое возбупдбнное (с герное) состояние, которое проявлялось в формировании упор доченных динамических доменных структур (ДЦС) в виде сист колец или спиралей.

2. Впервые получена зависимость относительного количес ва динамических спиральных доменов с различными топологиче кими зарядами от направления и величины постоянного по смещения.

3.Впервые исследовано влияние температуры/ постоянных переменных, г.ространственно однородных и неоднородных ма китных полей на конфигурации и количественные параые-оы д намических доменных структур.

4.На качественном уровне предложены механизмы возникн вения упорядоченных динамических доменных структур.

5.На основе анализа характеристик исследованных элита сиальных плбнок ферритов-гранатов выявлены соотношения так параметров материала как намагниченность насыщения Ц;. пер од доменной структуры Р. толщина плёнки Ь и характеристиче кая длина 1* по которым можно судить о возможности возни новения спиральных или кольцевых динамических доменов в т или иных образцах.

Практическая значимость работы заключается в том, ч она дает более полное понимание того, как аДС реагирует воздействие внепних переменных магнитных полей - от это зависит работа устройств, основанных на использовании данн материалов. Кроме того, вновь открытые эффекты расширяют во мощности практического применения многодоменных магнитн материалов и создания на их основа совершенно новых устрой

Апробация работы. Результата исследовании, изложены* о диссертации, докладывались на XVIII, XIX Всесоюзных конференциях по физике магнитных явлений (Калинин, '1988; Ташкент 1991), на Всесоюзной конференции "Современные проблемы физики и ее прилойений" 'Москва, 1990). на XI, XII и XIV пжолах-егминарах "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Тал-кент. 1988; Новгород. 1990; Москва, 1994), на международной конференции по магнетизму ICM'94 (Варшава,1994).

Публикации.Основное содержание диссертации опубликовано в 12 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трйх глав, зашшчежы и списка цитированной литературы. Она содераит 140 страниц машинописного текста, включая 56 рисунков и одну таблицу. Список цитированной литературы содеряит 64 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи диссертационной работы. Дана краткая характеристика содернания диссертации и полученных в ней »результатов, приводятся сведения об их научной новизне и практической значимости, перечислены основные результаты и положения. которые выносятся на защиту.

В перг;й главе представлен обзор теоретических и экспериментальных работ, посояцСнных исследованию доменной структуры магнитоодноосных магнетиков. В ней рассмотрены основные представления о доменной структуре о одноосных тонких кристаллах, структура доменных границ. Уделено вниманий динамике ппикЫия доменных границ, динанике доменной структуры при высоких частотах. Рассмотрены процессы отклонения двизущихся магнитных доменов под действием гирогропной силы. Особоо знимаиие уделено публикациям по низкочастотной динамике 0,С, .пояаипшимся посла наших первых сообщений об обнаружении 5собого возбуадбнного состояния в пленках ферритов гранатов.

В этой главе так sc .приведены классификация и некоторые -римеры процессов самосэрганрации в диссипативннх неравно-secHwx системах.

Вторая глава посвящена характеристикам исследованных образцов, методам их измерения, а также методике эксперимента по наблюдению и фотографированию упорядоченных ДДС.

В работе исследовались тонкие эпитаксиальные гранатовые пл^ши различных составов и толщин Ь, с осью легкого намагничивания перпендикулярной плоскости ггпСнки. В исходном размагниченном состоянии мри комнатной температуре во всех образцах наблюдалась лабиринтарная ДС киттелевского типа. Наблюдение динамических доменных структур проводилось с помощью магнитооптического эффекта Фарадея. Время экспозиции при фотосъемке равнялось 1 мссч. Переменное магнитное поле создавалось катушкой с внутренним диаметром 6 и высотой 5 мм в средней плоскости которой помещался образец.

Намагниченность насыщения 4пМ.; и плотность энергии доменных границ К определялись косвенным методом, путем измерения и вычисления соотношений между параметрами ДС и характеристиками образца по методике, описанной в 12]. При этом кривая намагничивания снималась магнитооптическим методом.

Поле одноосной магнитной анизотропии На определялось по исчезновению фарадесвского вращения образца при увеличении приложенного к нему плоскостного поля. Остальные параметры,, такие как фактор качества 0. обменный параметр А, константа одноосной анизотропии К,. характеристическая длина 1* вычислялись исходя из известных соотношений. Поле насыщения Н определялось по коллапсу цилиндрических магнитах доменов.

Третья глава посвящена описанию результатов экспериментального исследования упорядоченных динамических доменных структур, возникающих под действием накачки низкочастотным переменным магнитным полем.

Е работе было исследовано более 20 образцов пленок фер-' ритов-гранатов. В автореферате для иллюстрации полученных результатов и найденных закономерностей приводятся данные для трбх образцов со следующими характеристиками-I I I. I Р0. |НК0Д. I • 1. 1На, 1К,„«1б1А.«1071 0 I

№ I мкм I мкм I Э I мкм I Гс 1 Эрг ! кЭ Ь^рг I Эрг ! I

_|__|_|_I_1_с(/_1_1_см3_1.см__1______I

1171 5.3 I 16.81 57.31 1.09111.91 0.1913.21 19.01 1.23121.41 1181 4.6 I 10.71 95.91 0.64115.91 0.20И.8! 14.31 1.781 9.01 1191 7.9 ! 23.01 64.01 1.471 б.б! 0.0811.61 5.31 0. 75119. 31

Было обнаружено, что в определённом интервале идого^

-б-

амплитуд переменного магнитного поля синусоидальной Формы (IL<H ) о образце происходит переход от хаотически движуших-ся полосовых доменов к упорядоченным динамически доменным структура»! d Ьиде спиралей. На рис. 1 приведена серия картин ДДС.сфотографированных в образце Nol7 при различных частотах переменного поля и амплитуде, соответствующей середине частотно-полевой области существования ДДС в этом образце. Эта область для образца N17 показана на вставке к рис.1.

При частотах f»120-150 Гц появляется первые, достаточно устойчивые двух-трех витковые системы полосовых доменов закрученных в спираль (рис.1а).С увеличением частоты Г. вид ДДС меняется (рис.16), числа витков в пирапях увеличивается. Картина на рис.1а, б очень подвижна. Спирали перемещаются, исчезают, появляются новые.

С увеличением частоты переменного поля до 500 Гц, двух-четырСх витковые спиральные домены (СД) становятся более правильной формы и более компактными. Средний размер ядра спиралей D уменьшается. При дальнейшем повышении частоты продолжается уменьвение D и увеличение числа витков в спиралях до 6-12(рис. 1г). Многовитковые СД, расположенные близко друг к другу, взаимодействуют меиду собой как упругие системы, независимо от их топологического заряда. ,

При повышении частоты с 500 Гц до 1,25 кГц (рис.1г). картина ДДС становится более стабильной. Сели при Г-500 Гц (рис.Id) время "аизни" Tt одного СД в среднем ~ 7 сек., то в случае f-1,,25 кГц (рис. 1г) оно составляет ~ 12 секунд. Упаковка СД становится более плотной. При этом с частоты порядка 1 кГц витки спиралей принимают форму ломаных линий (рис.1г). Так показанная на рис.1д, ДДС при частоте f-5 кГц имеет вид мозаики. ЧСтко видны отдельные блоки мозаики с параллельными полосовыми доменами. Средний размер блоков составляет 400 мкм, а число витков в СД - порядка 10-15.

Как видно из рис.1д. СД состоят из "белых" и "черных" доменов одинаковой сирины (d,-d.«10 мкм). При этом период доменной структуры P-d.+d, do много раз мень@о среднего перио. да статической ЛС в поле Н. pamiou амплитудному значению ТС7 и близок к d. +d, в исходном размагниченном состоянии.Это означает, что за полулермод от^+Н до -Н площадь границ практически не меняется. Необходимо отметить особую устойчивость ДДС тч<пд нгмян"./!. Рои частотах вре^я хизни СД в срсдг

1 I

¡^^^ ч •¿.»-.С____.. 11ЛVI*—-''/

■ [1 ЗШПЬ;

Рис.1 АТС образца П7 е полях с чистотой / я скплитудсП НЛ

б) 0,25 кГц; 51,5 Е г) 1,25 кГц; ¿7.5 '

соответственно: а) 0,15 кГц; 51,5

а) 0,50 кГц; 52,5 £> з.со кГц; *»5,о

-о-

нем составляет 20 сек., а у отдельных СД достигает 1 минуты.

Переход образца в такое оозбуадбнное состояние прогуляется и при измерении интегрального магнитооптического отклика образца, зависимость которого от Н- при фиксированной частоте (5 кГц) показана на рис.2. С увеличением Я, увеличивается сигнал, пропорциональный намагниченности, и при некоторой амплитуде поля происходит насыщение. Однако, как видно из графика, эта кривая имеет немонотонный характер. На ней присутствует небольисй провал величиной около 10*. По шкале амплитуд переменного поля он соответствует тому диапазону полей. при которых образец переходит в возбуадСнное состояние. Причем, этот провал имеет наиболее ярко выраяенный харантер ка частотах, при которых в образце реализуется ДДС в виде мозаики, т. е. там, где смещения доменных границ в переменной поле минимальны. Таким образом. 'с помощью измерения интегрального магнитооптического отклика мозно выявить переход образца в состояние с устойчивыми динамическими доменными структурами.

Следует отметить, что подобные структуры существуют в атом образце под действием переменного магнитного поля только синусоидальной формы. В поле прямоугольной формы (меандр) они не возникают. Напротив, в других образцах, возж/пают динамические доменные структуры определенной конфигурации только в поле прямоугольной формы. Например, в образце Ко18.

В этом образце, начиная с частоты Г-120 Гц и вплоть до 200 Гц в некотором интервале амплитуд поля (рис.За) формируется ДДС,состоящая из систем концентрических кольцевых доменов. Одновременно о образце могут существовать несколько таких^ систаь Эти системы возникают, исчезают, снова роядаютсл. Среднее время яизни одной систолы колец 5-10 сек. Система состоит из 3-6 кольцевых доменов; диаметр^в^/тршщещ^юльцз кoлeбл!Лpг-«,^-ЖLillIJl00 шш. Наиболее крупные "скст^-и^'¡с!? тс-!<де!£цич,к^ м^ьз-;1 нI;я своего диамотра сол^^^^и'пльцопыэ демоны перемещаются па. образцу со скоростью -ГО'^Ч/сен,' при этом прот!1йеннне дефекты слуга? барьером тдаому доизешда.

В районе частоты 200 Гц характер ДДС качественно меняется. Вместо кольцевых начинают возникать спиральные домены. Как и кольцевое домены ^ спиральные ^зизут" некоторое время, затем исчезают, а на э4ом же/ месте образца формируется новые Спиральные домены. При этом/характер сохраняется - это

- р-

Рис . i

система СД с размером ядра спиралей 20-30 мкм и шагом вблмзи ядра того же порядка.

На рис.3 показаны частотные зависимости количественных параметров возбужденного состояния образца N18. Видно, что с изменением температуры ход зависимости Н»Ш (кривые 1,1 и 2,2 на рис. За) меняется. Надо полагать, что это связано с температурными изменениями констант материала [1].

. С изменением частоты накачки меняется не только полевой интервал, в котором реализуется ДДС, но и некоторые временные характеристики динамических структур. На рис. 36,в представлены зависимости времени существования спиральных .доменов Те и времени ожидания Т, ( т.е. времени между исчезновением и очередным появлением СД)' от частоты переменного поля Н„.Пунктирные кривые соответствуют максимальным значениям Т, и Т,, сплошные - усредненным по 11 измерениям. Зависимость времени жизни Тг от частоты переменного магнитного подл но является монотонной (рис.36). Сначала, в интервале частот 200 - '300 Гц это время увеличивается, достигая максимума при Г-300 Гц.На этой частоте количество спиралей, возникающих на единице площади кристалла еще невелико и, поэтому, спирали имеют возможность разрастаться до больших размеров. Крупные спирали являются достаточно стабильными, так как мчи более устойчивы к возмущениям со стороны внекнего окружения. При дальнейшем повыпении I количество сосуществующих СД растет и они не дают друг другу возможности увеличиваться в размерах, вследствие «юго уменьшается время их жизни, которое при этом остается во много раз больше чем период переменного поля1.

Время ожидания Т,. определенное при наблюдении ДС на участке 1 мл2 и при Ц,*82 Э. как видно из рис.Зв, монотонно уменьшается с увеличением частоты Г. причем особенно резко в интервале частот 200 - 400 Гц. До Г-300 Гц условия возникновения спиралей, по-видимому, не являются оптимальны),т, поэтому время ожидания Т, велико. При частотах Г>700 Гц время Т„ падаот практически до нуля - не успевает исчезнуть одна спираль, как в контролируемой области образца"появляется другая / Интересные и неожиданные результаты были получены такго при исследовании влияния однородных и/неоднородных подмагни-чивающих постоянных полей нзлзид и количественные параметры ДДС. На рис. 4 приведены фотографии, показывающие изменение

•И-

• rttfb»».!,' • • it*»• ».л !

с- < ^

. «• • I* *

Рг.с.ч Спигнлькье лоиень ъ образце И9 при частоте 30Q Гц

е ¡¡олях iL и Нея соотретсгЕеино равных:

п) 33 и 0 г, б) 39 и б г, в) 38 и 6,7 2, г) ')0 и 6,7 2

')

ДДС в образце N19 при увеличении постоянного магнитного поля смещения Н<.у.По мере увеличения Нси уменьшается число витков в СД и их размер (рис.{б), спиральные домены становятся двух -тр&хвитковыми, немного увеличивается скорость их вращения (рис.4в). С дальнейшим повышением постоянного поля спирали превращаются в одновитковые быстровращающиеся "грлчки" (рчс. 4г). Время их жизни, так не как и остальных, много болызе периода накачки. Размер ядер СД на рис.4а-в приблизительно одинаков, а у,одновнтковых СД (рис.4г) он заметно больше. Если сравнить рис. 46 и 4в,г, то видно, что вместо взаимосвязанных спиралей с разными топологическими зарядами q, образуются изолированные СД с одним и тем яе направлением закрутки. При изменении знака поля Н.. м на протибополоиши, предпочтительными становятся СД другой закрутки. Исследования показыгают. что с увеличением поля Ном количество спиралей с одним знаком q плавно изменяется. На рис.5 приведены данные для двух образцов: N18 и N19. По горизонтали отлезено постоянное поле смещения, а по вертикали относительное количество спирапей одного знака, выраженное в процентах. Сразу бросается о глаза, что для образца N19 экспериментальные точки расположены в 1-ом и 3-ем квадрантах, а у образца N13 - во 2-ом и 4-ом. Это значит, что поле +Н оставляет в плйнке N19 спиральные домены. закручеи"ые по часовой стрелке (+q).тогда как в плбнке N18, наоборот, это'-юле "выбирает" СД. закрученные против часовой стрелки. Это говорит о разных знаках ги~ ротропной силы в этих образцах.

1!нтересные результаты были потучены при наложении градиентного магнитного поля, создаваемого двумя постоянными магнитами. Основная компонента магнитного поля от этих магнитов совпадала с осью лёгкого намагничивания пленки. Нейду двумя участками образца, намагниченными в этом неоднородном поле "к нам" и "от нас", наблюдалось формирование цепочки СД (риС.6). Общий вид. длина, нирина этой цепочки,так яс как число витков в СД изменяются при варьировании параметров, ха; рактеризующих неоднородное поле.

При исследовании пленок ферритов-гранатов в переменных полях, превышающих по амплитуде статическое поле насыщения Н , било обнаружено, что d определенных интервалах амплитуд и частот магнитного поля могут формироваться динамические доменные структуры, совершенно отличные от описанных вышб.

о

Так. например, в образце N17, начиная с 20 кГц и вьет, начинают возникать структуры в виде систем концентрических, колец, распространяющиеся от центра с небольшой скоростью. Вид и изменение ДДС в этом случае очень напоминает распространение концентрических волн. Поэтому мы назвали такое образование "ведущим центром" (ВЦ), позаимствовав термигС из-физики автоволновых процессов [3]. , ' ^

На рис. 7 показан ВЦ. сфотографированный последовательно через небольшие промежутки времени. Центр концентрически* кольцевых доменов связан с точечным дефектом в образце.'/"Область существования ВЦ по частоте в этом образце 15 - 55 ^кГЦ.

Диаметр внешнего кольца ВЦ может достигать 2, 5 мм.-риод колец, в зависимости от частоты приложенного 'поля, рйрь-' ироваться от 0,13 до 0.6 мм. С увеличением частоты переменного пб>1я ширина колец и их период уменьшаются. Диаметр пер-' вого внутреннего, чётко различимого кольца 40 мкм. При достаточном увеличении можно увидеть, что в отличие от кольцевых и спиральных доменов описанных ранее, границы- колец ВЦ не являются гладкими. Область перехода от "черного" домена к "белому" представляет собой структуру, имеющую вид как бц, двух, вложенных друг в друга гребёнок, состоящих из "белых" и "чёрных" полосовых доменов с намагниченностью направленной "к нам" и "от нас".

Необходимо отметить, что частотой работы ведущего цент ра (которая как минимум на три порядка меньше частоты накачки) можно управлять, меняя амплитуду переменного поля. Например, при Г = 50 кГц увеличивая Н» от 98 до 108 Э можно уменьшить собственную частоту работы ВЦ от 20 Гц до нуля, т.е. остановить распространение колец, • которые при этом не исчезают, а остаются как бы в "замороженном" состоянии.

Иная картина наблюдается, если поместить плёнку на поверхности катушки переменного поля. В такой геометрии опыта на образец действует также радиальная составляющая поля, имеющая градиент осевой симметрии.Данный эксперимент проводился на обраце N3 в переменных полях К», по амплитуде превышающих статическое поле насыщения Ну. В интервале частот от 24 до 31 кГц;и при небольшом смещающем поле порядка 2 - 3 Э можно получить ДДС, визуально напоминагщув вихрь, закрученный из одного или нескольких "рукавов". Центр вихря однозначно свя-заи с псью симметрии катушки переменного поля. Меняя знак

псдмагничивающсго поля Нс м, можно изменять, знак намагниченности доменов, из которых состоят рукава, и направление вращения вихря (рис.8а,б). При несколько большем Н^ образуется система гигантских ЦМД (диаметр каждого более 0,5 мм), которая состоит из центрального неподвижного ЦМД и нескольких ЦМД. вращающихся вокруг него (рис.§в). Е о описанные гигантские домены имеют гребенчатую форму границ. Период гребенча- ' той структуры порядка мкм, т.е. близок к периоду стати- * ческой ДС этого образца в размагниченном состоянии.

В заключение следует отметить некоторые общие черты, свойственнее ДДС. возникающих в переменных магнитных полях большой амплитуды (Н»>Н5). Во-первых, это их гигантские размеры, которые превышают период равновесной ДС в статике на 2 порядка и более. Во-вторых, гребенчатая структура границ , этих динамических образований, период которой сравним с периодом доменной структуры образца в отсутствии внешнего поля. Ив третьих, это общее для всех упорядоченных ДДС - динамическая стабильность возникающих структур, по сравнению с периодом накачки внешним переменным магнитным полем.

В конце третьей главы рассмотрены возможные механизмы возникновения ДДС.

О механизме формирования спиральных доменов:

Расдмотрим влияние изменяющегося во времени магнитного поля на одностеночный полосовой домен. Пусть намагниченность в домене будет +Н. а импульс магнитного поля имеет противо-полоаный знак. При нарастании поля этот домен будет укорачиваться. При спаде импульса его длина станет соответственно увеличиваться. Увеличение длины домена будет происходить га счет продвижения головки этого домена.". 'Б_ результате такого поступательного движения, на головку полосового домена"действует гйрогропная сила подобная той, что действует на перемещающийся цилиндрический магнитный домен [4]. Вследствие этого, головка полосового домена отшюняется и сторону от направления поступательного движения. При спаде импульса положительного поля домен с намагниченностью -М будет отклоняться в противополонную сторону. Если учесть коэрцитивную силу,то(эти отклонения приобретают необратимый характер [5]. Таким образом, под ^действием серии импульсов угол отклонения будет накаплйвагься и, в конце концов/ полосовой домен станет закручиваться в спираль.

-1С-

При симметричных импульсах магнитного поля того и другого знака будет возникать с среднем одинаковое количество спиральных доменов с ра'зными топологическим зарядами.

При наложении дополнительного постоянного смещащ-- !-с поля Нсм нарушается симметрия действующего на образец пененного магнитного поля. Эффективно это-приведет к тому. '-то амплитуда импульсов поля, скаяем +1L, будет выше амплити импульсов -Ц.. Так как скорость двизения домена зависит от величины приложенного поля, а гиротропная сила пропорциональна скорости, то равновероятность возникновения спира/шлыч доменов того и другого знака 4q будет нарупаться. В результате с увеличением постоянное подмагничивающего поля • относительное количество СД с одним знаком q будет увеличиваться, а с другим - уменьшаться. При смене знака постоянного полг^ будет наблюдаться обратная картина. Такое повод: тп наглядно демонстрируется экспериментальным графиком, прип"-дбнным на рис. 5.

Из рис.5 такле видно, что изменение относительного у,-. личсства спиралей одного знака, при изменении Н0!| . для др- • приведенных образцоз носит противоположный характер. Это -факт мо"Но объяснить следующим образом,Так как в зависимости от состава или при изменении температуры, когда происходит процс-сс ¡'.с;>пснсгцнн цемента иг,пульса [0]. гиромагнитное от ношение, а соответственно и гирЬтропная сила, могут менять свой знак. направления закрутки спиралей и разных образцах при наложении постоянного магнитного полл одного знака.могут быть различными.

CJ механизме формирования ведущего центра и вихрей:

Экспериментально установлено,что динамическая структура типа ведущего центра однозначно связана с наличием в образце точечного дефекта. Так как структура типа 0Ц возникает под действие!.! переменного магнитного поля, по амплитуде превквао-г;его величину статического поля насыщения, то мог.но говорить о том, что о образце происходит постоянный процесс вознккно-; вения и прорастания зародыпей обратной магнитной фазы.Причём, этот процесс происходит гораздо легче на дефектах кристаллической структуры магнитной плСнки.

Пусть в какой-то момент времени, когда амплитуда переменного поля максимальна, образец находится в насыщенной состоянии. Ъ следующий мемент, когда поле сменило знз:-:, ' на

-J7-

дефекте зародился цилиндрический магнитной домен обратной Фазы. Образовавшийся ЦМД начинает расширяться. При достижении им определенного размера, под действием локальных размагничивающих Аолей, возникающих вокруг этого домена, и переменного поля, в центре него на дефекте зарождается новый ЦМД,но с обратным направлением намагниченности п отношению к исходному ЦМД. В результате возникает кольцевой домен. В какой-то следующий мимент на дефекте опять рождается ЦМД и мы имеем уже два кольца и т.д.Таким образом, происходит возникновение системы концентрических кольцевых доменов, генерируемых дефектом под действием переменного магнитного поля. При достижении кольцами крупных размеров, их границы, в силу изгибной неустойчивости, приобретают форму гребенки, состоящей из отростков полосовых доменов. Такая гребенчатая структура способствует уменьшению локальных размагничивающих полей.

Образование вихреобразных динамических доменных структур (рис.8а.б) происходит, по нашему мнению, следующим образом. Так как плёнка феррита - граната в данном эксперименте расположена не внутри, а снаружи катушки, то на неё, кроме нормальной составляющей переменного магнитнео поля, действует также плоскостная составляющая, имеющая аксиальную симметрию. В силу этого, образовавшиеся в пленке домены вытягиваются в радиальных направлениях. Как отмечалось выше, границы вихреобразных доменов, как и границы доменов ВЦ, имеют форму гребёнки, состоящей из отростков полосовых доменов. Так как присутствует ещё небольшое смещающее постоянное магнитное поле, то .из-за нарушения симметрии переменного лоля возникает результирующая гиротропная сила, действующая на головки! полосокых доменов, которая разворачивает домен. Кроме гого.^на домен действует сила, обусловленная градиентом маг нитного поля [7]. и у него появляются компоненты скорости, параллельные^, и перпендикулярные градиенту, которые- придают домену поступательное движение. Вследствие указанных причин домены закручиваются, образуя структуру, напоминающую по форме вихрь. ^

ЕсТС-СТВ(.нно считать что образцы, в которых при комнатной температуре возникают спиральные ДДО, должны по каким-то признакам (параметрам) отличаться от тех образцов, где при тех г.г условиях динамические СД не возникают. Выла сдалана попы™.-, 'пгоа^.зличнривагь характеристики все/, исследованных.

образцов. В результате этого анализа была .выявлена некоторая закономерности, которая показана на рис.9а. На графике по вертикали отложено произведение намагниченности образца 14 на его твлщину Ь, а по горизонтали - его характеристическая длина 1*. Крестиками обозначены образцы, в которых возникают спиральные домены, а кружками - в которых они не возникают. Оказалось, что для образцов с ДЦС отношение М^Ь/Г меньше 100, а для образцов бе- ДЦС больше 100.

На рис.96 представлен график, показывающий соотношения периода доменной структуры Р и толщины образца Ь, нормированных на характеристическую длину образца Г. Видно, что большинство образцов, в которых реализуется упорядоченная ДЦС, группируются в районе минимума кривой.По нашему мнению, по представленным соотношениям характеристик образцов моыю выявить необходимые, хотя и не достаточные требования к параметрам мь-ер.ила, при которых в пленках ферритов-гранатов возможно формирование упорядоченных динамических доменных структур.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДА 1.Впервые в многодоменных магнитоодноосных пленочных кристаллах, при определенных условиях внешней накачки переменным к}агнитным полем наблюдалось особое возбужденное (ан-герное) состояние, которое проявлялось в формировании динамических доменных структур в виде систем колец и спиралей.

2.Экспериментально определены области частот и амплитуд магнитных полей в которых возникают упорядоченные динамические доменные структуры.

й. Впервые введены такие понятия как время жизни динамически^ доменов и время ожидания их появления. Определены зависимости агих временных параметров динамических доменных структур от ¿амплитуды и частоты низкочастотного переменного магнитного поло.

4.Впервые получена зависимость относительного количества диетических спиральных доменов с,различными топологическими зарядами от направления и величины постоянного поля смещений Показано* что постоянное поле смещения можег приводить к уменьшению размеров спиралей и превращению их ■ Cif.it тра вроцдоцигса "волчки".

л-'-пГ'ринРнталоно показано, что налвлениг пра/инентногг'

постоянного магнитного поля одновременно с переменним мотг-ет приводить к формированиг) последовательно расположенных динамических спиральных доменов.

6.Обнаружено сильное влияние температуры на амплитудно-частотные области существования упорядоченных динамических доменных структур. Увеличение температуры мозет-йызызать расширение этих областей или сужение, вплоть до яолного ш исчезновения.

7. Экспериментально доказано, что в различных образцам отличающихся своими фундаментальными характеристиками^ <б8э-никновение спиральных динамических доменных структур существенным образом зависит от Форш возбуждающего перемешав магнитного поля. При этом спиральные структуры могут }теть различный вид.

8.доказано, что возникновение упорядоченных динамических доменных структур может влиять на интегральный магнитооптический отклик образца.

9. Впервые обнаругено, • что под действием-- переменного магнитного поля в феррит-гранатовых пленках могут образовываться гигантские динамические домены в виде реайток ЦМД, ведущего центра и вихрей. Размеры этих доменов на несколько порядков превыаают размеры доменов в размагниченном состоянии образца.

10.Показано, что собственной4 частотой работы ведущего центра, которая как минимум на три порядка меньше частоты накачки, можно управлять изменяя амплитуду переменного магнитного поля.

11. В качестве возмоаной причины возникновения динамических спиральных структур предполагается влияние гиротропной силы на закручивание полосовых доменов при их движении в переменном магнитном поле. Предложен механизм возникновения динамических доменных структур типа вихря, в котором основную роль играют гиротропная сила и градиент магнитного поля. На качественном уровне рассмотрен механизм работы ведущей} центра.

12.На основе анализа характеристик исследованных образ-« цов выявлены соотношения параметров материала Нд.Ь, 1*,Р, по которым можно судить о возможности возникновения спиральных или кольцевых динамических доменов в тех или иных образцах эпитаксиальных плёнок ферритов-гранатов.

Сановные результаты диссертации отражены в еледувших работах:

1. Кандаурова Г. С., Свидерский А. 3. Возбуадбнное аэстоягже и спиральные динамические доменные структуры в иагннтнои кристалле//Письма в 13ТФ.-1988.-т. 47, вып. 3.-е. 410-412.

2. Кандаурова Г.С.,Свидерский А.З? Наблюдение автоволнового состояния и устойчивых динамических доменных структур d ыногодоменных магнитных пленках // Письма в &Т®. -1833. -вып. 9.-с. 777-780. *

3. Кандаурова Г. С.,Свидерский А.Э. Процессы сашорганизацш! и автоволновое состояние в многодоменных одниюних пленках/Лез. докл. XVIII Всесогш. конф. по физике иагшггшх явлений - Калинин, 1988.-е. 189.

вып. 6. -с. 238-243.

4. Кандаурова Г. С., Червоненкис А. Я.. Свидерский А. Э. Устойчивые динамические доменные структуры в плбнках ферритсо-гранатов в низкочастотном поле накачки //ОТТ.-1989.-т.31,

5. Кандауроза Г. С., Свидерский А. Э. Процессы сачооргашзации в многодоиенных магнитных средах и формирование устойчивых динамических доменных структур // £ЗТФ. -1990. -т. 67, вып. 4. -с. 1218-1230.

С. Кандаурова Г. С., Свидерский А.Э. Динамические доиены в плёнке феррита-граната//Статнчеаше и дшамическиз свойства'магнитоупорядоченных кристаллоз. Иегтуз. научн. сб. г. Уфа.-1990.-с. 8-14.

7. Кандаурова Г. С., Свидерский А.3. Новые динамические доменные структуры в цагнитных плйкках//Тез. докл. XII Все-соззн. вколц-сешшара "Новце магнитные материала шкроэ-лэктроники"-Новгород, 1990. -ч. 1.-е, 194.

л. Кандаурова Г.С., Свидерский А.Э. Доменная структура пл5-нок ферритов-гранатоз в ангерном состоянии // Тез. до;сл. XIX Всесоюзн. конф. по Физике магнитных явленкЛ-Тгшиент, 1991.-4fl.-c.l0:.

Kandaurova С. S.. Svidershiy Л. Е. Dynamic domains In fCrrlt -garr.et filffi/ZFliysica В. -5992. -v. 176. -p. 213-215.

10. G.S Kandaurova, A.E.Sviderskiy, V.P.Klin and 7.1.Chany, Cor/itions of __ appearance of ordering dynamic docain structures. IrA... conf. on magn. (ICM'94), Warsaw. 22-2fi auru3t, 1995. Programme and abstracts. p.. 620..

11. Спидерский Л.Э.. Кандаурова Г.С.. Клим В.П.. Чаии В.И. Параметры плёнок ферритов-гранатов с упорядоченной дина-ш ¡ческой доменной структуроА//Тез.докл. XIV wofat-ceux-нара "Новые магнитные /Материалы микроэлектроники" -

^Москва, 1994.-Ч. II.-C.5.

12. Кандаурова Г.С.. Свидерский А.З.. Клин В.П.. Чанй й.й. Параметры плёнок ферритов-гранатов с упорядоченной дина-(л!ческой доменной структурой//Писы$а в ЗТФ. -1991.-т.'20.-

• вып. 16.-с. 10-43.

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Балбавов А.Н. .Червоненкис А. Я. Магнитные материала дяя шпфоэлектроники. -1!.: Энергия, 1979.

2. Shoe R. Vf.. Hi 11 D. Е.. Sandfort R.H., Moody J.WV Deteralna-tion'of nsagnetlc bubble flla parameters iron stripe do-caln neasureiients//J. Appl. Phys. -1973. -v.44.fJ5. -p. 23462349.

3. Васильев В. A.. Романовский D. M.. Яхно В. Г. Автоеолновыя процессы.-М.: Наука, 1987.

4. О'Делл Т. Ферромагнитодинаника. -Н.: Мир. 1983.

5. Уалозбиов А., Слонзуски Дз. Доменные стенки в материалах с цилиндрическими магнитными доыенами.-Н.: Кир, 1982.

6. Логинов Н. А. .Логунов М.В. Рандоякин В. В. О знаке эффективного значения гироыагнитного отношения в плёнках ферритов-гранатов вблизи точки компенсации момента импульса //т. -1990. -JJ9. -с, 126-128.

7. Thlele A. A. Device lnplicatlons of the theory of cylindrical nagnetlc donalns//Bell. Syst. Tech. J. -1971. -v. 50, N3. -p. 725-775.

ПодпиоНо в тч. j. * 1. *f

НС_Обгси -{/j Тир ,-frr За к. Ji j'Jj f'

, . , ' K-83, пр. Ленина, 5). , Типолабораторня УрГУ.