Равновесные и неравновесные фазовые переходы в эпитаксиальных пленках магнитных гранатов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

3 ол

%

! Й'ЗЙ 1005 РОССИЙСКАЯ АКАДНМИЯ НАУК

ОРДННА ТРУДОВОГО КРАСНОЙ) ЗНАМННИ ИНСТИТУТ РАДИОТНХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ

На прапах рукописи УДК 538.955

ПАК ЧУН-МАН

РАВНОВЕСНЫЕ И НЕРАВНОВЕСНЫЕ ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНКАХ МАШИТНЫХ 1ТАНАТОВ

{01.04.10 - «Физика полупроводников и лиэлектрикоп)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Фпязино - 1995

Работа выполнена в Институте радиотехники и электроники РАН.

Научные руководители: - доктор физико-математических наук,

профессор Ф.ВЛисовский,

- кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Е.Г.Мансветова

Официальные оппоненты: - доктор физико-математических наук,

профессор В.Г.Шавров

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.С.Семенов

Ведущая организация - Московский государственный университет

им. М.ВЛомоносова

Защита состоится "11" января 1996 г. в 13-00 на заседании диссертационного совета К 002.74.01 при Институте радиотехники и электроники РАН по адресу: 141120, Фрязино, Московская обл., пл. Введенского, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИРЭ РАН. Автореферат разослан " " 1995 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета К. 002.74.01 кандидат физико-математических наук

И.И.Чусон

ОЫЦАЯ ХАРАКТНРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуатыюеть теми диссертации. Интерес к исследованию магнитных фазовых переходов (ФП) диктуется как чисто нознавательны-ми причинами, так. и тем, что критические явления в магнетиках находят достаточно широкое применение но многих сферах человеческой деятельности. С научной точки зрения изучение ФП является актуальным потому, что при таких превращениях происходит качественное изменение ]? поведении исследуемых объектен - из "простого" оно становится "сложным". Именно этот переход от простого поведения к сложному и позволяет получить такую информацию о свойствах объектов, которая обычно является недоступной. Усложнение поведения .-бъектоп исследования стимулирует создание новых теоретических подходов к их адекватному описанию, разработку новых -ткепернмептпльпых методик и процедур обработки и анализа опытных данных. Актуальность данной проблемы с практической точки чренг!;! обусловлена тем, что необычные свойства ст-ед в окрестности ФП латот возможность реализации новых принципов функционирования приборов и устройств самого рахшчиого назначения. Достаточно уиемгшугь, например, использование ФП йблизи точки Кюри для чермомш'ннтпой записи информации на м;и питооитютсскис диски, исноль п'ем.ые » современной вычислительной технике в качестве внешних запоминающих устройств н состав.-шюншх серьезную конкурентно лазерным дискам (компакт-дискам).

Наряду с традиционными объектами исследования, к которым относятся равновесные фазовые превращения, в последнее время все больший интерес вызывают неравновесные ФП, для описания которых необходим синергстический подход.

Первоначально исследования магнитных ФП выполнялись на массивных образцах; бурное развитее микроэлектроники, где используется нланарная технология, сделало актуальным изучение критических явлений в тонких ¡пенках. Эпитаксиальные пленки магнитных гранатов оказались для этих истей удобными по двум причинам. Во-первых, смешанные гранаты представляют собой твердые растворы, допускающие замещение базовых металлических ионов на другие ионы. Это открывает неограниченные возможности для получения пленок с заданными магнитными параметрами путем варьирования состава. Во-вторых, доменную структуру (ДС) пленок при ФП можно наблюдать методами обычной оптической поляризационной микро-

скоиии, поскольку все гранаты обладают достаточно большим удельным фарадеевским вращением и видимом и.ближнем инфракрасном диапазонах длин волн.

Уа истекшие несколько десятилетий в теоретическом и экспериментальном исследовании ФП в эпитаксиачьных пленках магнитных гранатов были-достигнут значительные успехи. Тем не менее, проблему в целом нельзя считать решенной. Например, пленок с малым фактором качества (),. = Ни/4яМ (Ни - эффективное ноле одноосной анизотропии, М - намагниченность насыщения) касаются единичные публикации, которые не дают полного представления о критическом поведении объектов. Следовало ожидать, что поведение энитаксиаль-ных пленок ферритон-1ра1 ¡атов с малым фактором качества будет иметь много общею с поведением пленок других материалов (например, нермачлоя), которые изучались достаточно подробно. Однако, даже для этих материалов нет данных о диаграмме состояний па плоскости Н;: - Нх (Н:; и Н; - компоненты вектора напряженности магнитного поля параллельно и перпендикулярно норма;]и к поверхности соответственно). Отсутствие таких данных, в свою очередь, исключает возможность правильной интерпретации одной из важнейших характеристик любого магнитного материала - кривой перемаг-ничивания. Не предпринимачось никаких попыток синтеза и изучения свойств квазиизотропных пленок ферритов-гранатов (с полной компенсацией одноосной и кубической анизотропии за счет ¡¡ведения в базовый состав замещающих ионов с противоположными знаками соответствующих констант анизотропии). Что касается исследования неравновесных магнитных ФП с самоорганизацией распределения магнитного момента, то эта проблема вообще находится в стадии становления. Имеющиеся экспериментальные данные фрагментарны, не устаношены механизмы возникновения диссинативных структур различного типа, не привлекалось яатеиие ма!нитооптической дифракции света для исследования симметрии структур и степени их упорядоченности.

Цель настоящей работы состояла в следующем:

- исследовать индуцируемые постоянным магнитным нолем равновесные ФП в эпитаксначьных пленках ферритов-гранатов с малым фактором качества и определить вид диаграммы состояний;

- определить температурные зависимости вила ДС в эиитаксиаль-ных пленках ферритов-гранатов различной толщины с малым фактором качества для проверки пшотезы о существовании поверхностной

мягкой моды при равновесном ФГ1 второго рода, сопровождающемся дпгибной поверхностной неустойчивостью профиля доменных границ

- изучить процессы перемапшчивашш квазиизотрЬиных эпитаксиальных пленок ферритов-гранатов;

- исследовать индуцируемые пульсирующим магнитным нолем неравновесные ФП с самоорганизацией распределения магнитного момента в эпитаксиальных пленках ферритов-гранатов с большим фактором' качества методом магнитооптической дифракции света.

Научная ..новизна, работы состоит в том, что:

1. Впервые определен вид диаграммы состояний в эпитаксиальных пленках ферритов-гранатов с малым фактором качества- при индуцируемых постоянным магнитным полем равновесных ФП.

2. Обнаружен новый спонтанный ФП типа порядок - беспорядок в эпитаксиальных пленках ферритов-гранатов с малым фактором качества, сопровождающийся илгибной поверхностной неустойчивостью профиля ДГ.

3. Доказана возможность получения квазиизотропных эпитаксиальных пленок ферритов-граиатов путем соответствующего выбора состава и изучены процессы перемагничивання таких пленок.

4. Выполнено исследование индуцируемых пульсирующим магнитным полем неравновесных ФП с самоорганизацией распределения магнитного момента в эпитаксиальных пленках ферритов-гранатов с большим фактором качества методом магнитооптической дифракции света.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Определение вида диаграммы состояний в эпитаксиальных пленках ферритов-гранатов с мазым фактором качества при индуцируемых постоянным магнитным нолем равновесных ФП.

2. Обнаружение нового спонтанного ФП типа порядок - беспорядок в эпитаксиальных пленках ферритов-фанатов с малым фактором качества, сопровождающегося нзгибной поверхностной неустойчивостью профиля ДГ.

3. Разработка методики получения квазии.зотропных эпитаксиальных пленок ферритов-гранатов путем соответствующего выбора состава и определение вида кривых перемагничиваиия таких пленок.

4. Результаты теоретического расчета дифрактограмм для случая рассеяния света па упорядоченных двумерных доменных массивах с различной симметрией и различной формой мотивообразующих эле-

ментов решетки Браве, возникающих при иилуиирусмых пульсирую-шим магнитным полем неравновесных ФП с самоорганизацией распределения магнитного момента в эиитаксиальных пленках ферритов-гранатов с большим фактором качества.

Практическая. ценность полученных в ходе выполнения работы результатов заключается в следующем:

1. Определение вила дишраммы состояний в зпнтаксиалышх пленках ферритов-фанатов с малым фактором качества (при индуии-руемых постоянным магнитным нолем равновесных ФП) ласт возможность правильной интерпретации одной из важнейших для практического использования характеристик - кривой неремагничившшя.

2. Явление ма! нитоонтической дифракции на возникающих в процессе динамической самоорганизации двумерных доменных массивах с различно)! симметрией и различными чкгпшооГфазующимп элементам!/' решетки Браке может быть использовано для создания пространственных молульторов света (оптических транснарашо:»). перестраиваемых с пемошмо однородною воздействия па мцпипиую нлет;у (бе! применения двумерной ссеки -иконес-ущих тип).

>ОМ'1Ч

ов;

Г

! 1

О " I

•кнчт и; 11 1(1 I 1

малым

;Н'Л! 11

11 | б 1Т

I и -ли 1 V. О с I 1 1 >111 1

1 К ] Сг

■ч! и И ) I 414! 1!< ! 1 ^ волнах. Ккачшгк' Г

) I

/ 1 I

т

ти

О >1

он конш

.Ч'.елхв;

ЛИ!

и 11 Щ]

! I Г

41

п;

■ результаты ратг -'лповой спектров ¡козс-семипарс "I 1 >

I 1 I ч.

ганки онуизи?

Пи рсчуп.татам 1ссертани онуизиконано И чаншх работ.

Объем и структура зиссертлциь. Диссертации состоит »н вш.чв:-ния. трех гла!!, заключения, списка литературы из 25] наименовали*-

и изложена на 208 страницах, включающих 139 страниц текста и 42 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РА НОТЫ

Но введении обоснована актуальность темы диссертационной работы. сформулирована нел1. исследовании и изложены основные научные положения, выносимые на защиту.

R 1лаве ], являющейся обзорной, приведены сведения об объемных монокристаллах и лштаксиалышх пленках магнитных гранатов, о способах их выращивания, магнитных и магнитооптических свойствах и ДС. Приведены также данные о выполненных к настоящему времени теоретических и экспериментальных исследованиях ФП в таких пленках, имеющих непосредственное отношение к. теме настоящей работы.

В главе 2 приведены результаты экспериментального изучения ДС и равновесных магнитных ФП в пленках фепритовлпанатоп с малым (О,. < 1) фактором качества, в том числе и в квазиизотроиных пленках (с практически полной компенсацией констант одноосной и кубической анизотропии). Представлены также сведения о процедуре выращивания пленок выбранною состава и их общих свойствах 11-71.

В разделе 2.1 представлены данные об исследовании ФП в выращенных методом жидкофазной эгштакспи па подложках из GdjGa?0,2 с (111 ^-ориентацией пленках магнитных i ран азов cocí а ва íLuBibEe.sOn толщиной L от I до 25 мкм. Для cnmesa пленок использовались растворители ВьО? (тип 1) и РЬО-ВьО, (тип II). Намагниченность насыщения пленок обоих типов составляла 1 КОС) Гс: значения фактора качества для пленок типа 1 лежали в npe.ie.iax oí 0.02 до 0.1, а для пленок типа II - от 0.1 до 0.3. В ижисимоети от выбора значений компонент внешнего машитиою поля Н и Н в достаточно толстых пленках (L > - 5 мкм) существовали следующие основные типы распределения iia\m¡ ниченности: I - однородно намагниченное состояние (О). 2 - простая полосовая ДС (ПК 3 -полосовая ДС с синфазной приповерхностной i армонпческой модуляцией профиля ДГ(ПМ ) и 4 - раш'онолярпые гекса: опальные решетки (Р. и Р^) цилиндрических маыштных доменов (НМЛ). В пленках с L < L...¡ "модулированные" полосовые ЛС не пабдю ышсь. 'Зависимости периода полосовых ЛС (простых п модулированных! о г толщины пленок заметно отличались ог иредека'.аний зеорни, использующей юометрическую (бесструктурную) Mivie.n, ДГ I М |

Выращенные пленки обладали хорошими оптическими, м ашитоо! 1ти-ческими и сверхвысокочастотными характеристиками. Удельное фара-деевскос вращение и коэффициент оптического поглощения па длине волны 0.63 ажм составляли 1.5 град/мкм и 20 см"1 соответственно, ширина линии ферромагнитного резонанса в дециметровом диапазоне не превышала 1 Э (у лучших образцов 0.5 Э), потери на распространение поверхностных м ап 1 итостатич еских вол н (МСВ) не превосходили 40 дБ/см (для длинноволновой части спектра). Характер возбуждения спектров МСВ и анизотропия их распространения сильно зависели от условий выращивания и толщины пленок. В некоторых пленках можно было наблюдать распространение МСВ в полосе частот до 830 Мгц. Наряду с "гладкими" спектрами, вид которых почти не зависел от направления распространения в базисной плоскости, существовали сильно изрезанные и анизотропные спектры. Причинами изрезанное™ спектров могли быть как спин-волновой резонанс, так и магнитоулругое взаимодействие (с участием мод Лэмба в подложке); последнее в выращенных нами пленках оказалось неожиданно сильным. Сочетание хороших сверхвысокочастотных, оптических и магнитооптических свойств позволяет надеяться на возможность применения полученных пленок не только в устройствах передачи и обработки информации в СВЧ диапазоне, но и для СВЧ модуляции оптического излучения за счет использования дифракции света на МСВ.

В [¡ленках выбранного состава были исследованы равновесные ФП, индуцируемые машитным полем. Типичная диаграмма состоя-

Рпс.1

иий при таких переходах для одной из пленок типа I толщиной около 10 мкм с фактором качества <3,, = 0.08 приведена на рис.]. Процедура определения вида диаграмм была аналогична описанной в работе [12]. Стрелками на кривых показано направление изменения поля; использованы введенные выше обозначения различных магнитных состояний. Начало координат являезся центром симметрии диаграммы; провалы на кривых П—>Р. и Р,—>ГТ вблизи оси абсцисс связаны с переполяризацией ДГ пои изменении направления толя Н;. Переходы ПМ—>Р] и ПМ—>Р; пе наблюдаются, так как для зарождения ЦМД из решетки полосовых доменов требуются противофазные искажения соседних ДГ, а в "модулированных" структурах они син-фззны. Образные трансформации, тем не менее, происходят, поскольку гармонические поверхностные искажения профиля замкнутых ДГ не запрещены. Асимметрия диаграммы относительно оси ординат, зависящая от направления поля ГГ в базисной плоскости, обусловлена влиянием кубической и ромбической анизотропии. Фазовые переходы 0<->Г1 и ПМ<->П близки ко 2-му роду, остальные - к 1-му. При уменьшении толщины пленок диаграмма состояний не претерпевает качественных изменений, но область существования "модулированных" ДС постепенно сужается, и при [_<Ь ; : они вообще не наблюдаются.

Далее сообщается об обнаружении нового спонтанного (индуцируемого изменением только температуры) ФП в пленках ферритов-

гранатов состава

6 -с!, Л, мкм

/Л

/

X

'Г, к

280

____i___

360

140

Рис.2

520

600

(ЬиВ*)3(НеМ£)50]2 с малым фактором качества. Подобный ФП был обнаружен при исследовании температурных зависимостей периода ДС (I и дайны волны Л гармонических поверхностных искажений профиля ДГ, которые для одной из пленок толщиной 10 мкм представлены на рис.2. Указанные зависимости определялись

о

по .чифракпиошюй картине, которая в случае дифракции на модулированной регулярной полосовой ДС iiMcei л на поповник рефлекса (как и для обычной структуры с плоскими ЦП и четыре рефлекса -сателлита, обусловленные модуляцией. При Т=Т, .= 460 К на кривых d(T) наблюдается максимум: эта же температура примерно соотнетст-вует верхней границе существования модуляции профиля ДГ. При проходе, через Tt, исчезают максимумы - сателлиты на дифракционной картине, а основные рефлексы размываются и трансформируются в кольцо, что свидетельствует о разрушении дан.нею ориентаци-ош км-о порядка в ЛС. типичном для ФП 2-го рола 112]. Поскольку мягкая мола, ответственная за данный ФП. к пашем случае является поверхностной, энергия флуктуации оказывается недостаточной для полной аморфизапии ДС. В ней сохраняется ближний ориентациоп-ный порядок, а частичная аморфизапня. осушестиляезся путем разбиения исходной регулярной конфигурации на множество хаотически расположенных блоков, внутри которых структура остается упорядоченной. Причиной существования наблюдаемого ФП является температурная зависимость критической толщины пленок | 13]. которая при повышении температуры возрастает и становится равной толщине пленки при Т=Т ...

В разделе 2.2 изложены методика выращивания и результаты, исследования квазиизотропных (с фактором качества О,, < 0.01) пленок ферритов-гранатов состава íYPrBi).>.Fe4i.n5Ru0-0()<;O¡2. в которых компенсация константы наведенной одноосной анизотропии достигалась за счет соответствующего выбора содержания празеодима и висмута, а компенсация констант кубической анизотропии - за счет ионов рутения. Изучены процессы перемашпчивания таких пленок. Показано, что иоле иеремапшчивания пленок может быть менее I Э, а магнитная восприимчивость может превышать I()"'. Онтиматьное (с точки зрения полной компенсации кубической анизотропии) содержание ионов Ru определялось путем анализа азимутальных зависимостей поля поремагцичивания. Обнаружено сильное магнитное последействие. обусловленное слоистой структурой образцов. Пленки указаино-ю состава обладают большим удельным фападеевским вращением 2 х 10 на ,длине водны 0.63 мкм) и мо'.ут применяться в магнитооптических датчиках мапштной индукции и системах визуализации магнитной .записи.

У лапа 3 посвящена изложению результатов исследования индуцируемых пульсирующим магнитным полем неравновесных ФП с самоорганизацией распределения магнитного момента в эпитаксиальных пленках ферритов-гранатов с большим фактором качества и магнитооптической дифракции света па возникающих в процессе самоорганизации упорядоченных ДС с различной симметрией и (или) различными мотивообразующими элементами решетки Нраве [8-10].

Эксперименты проводились на пленках (УВ0,(РеОа)5О,2, Пл1В0,(РеСа),О,;

к ■

и (УОс1УЬВ1).(Ь'еА1)5()12 толщиной 5 преимущественно

(а)к©э%свд> (Ь)

с? ^ -

О О О

^ О ^

¿г

* л л л

У . 'V ■ ■ :•■■<'

■: -.л:-'.-"У

о о

А А

300635

юзоао!

48 Я ^ ".Я,

1000009

«88

(д)

(Ц

00000 яапоп' 500000 (ь) оооап

Рис.3

- 20 мкм с (111)-ориентацией. Для получения и обработки изображений ДС и дифракционных картин от лазерного излучения с длиной волны 0.6328 мкм использовалась установка, включающая в себя видеокамеру и компьютер с адаптером для оцифровки видеосигнала. Для облегчения сопоставления расчетных ди-фрактограмм с экспериментальными при компьютерной обработке последних применялась ступенчатая передаточная характеристика, порог которой выбирался из соображений обязательности воспроизведения всех уверенно регистрируемых слабых дифракционных рефлексов. При ■ этом дифракционные максимумы на "компьютерных фотографиях" имели одинаковый контраст и отображались в виде кругов с площадью, пропорциональной интенсивности.

В разделе 3.1. дано крат-

кое введение в проблему, основанное на анализе ранее выполненных исследований [14-17], и обсуждена постановка задачи.

Раздел 3.2 содержит новые экспериментальные данные о явлении динамической самоорганизации распределения магнитного момента в тонких квазиодноосных пленках ферритов-гранатов под действием пульсирующего (монополярного импульсного или гармонического) магнитного поля, направленного по нормали к поверхности и имеющего амплитуду, существенно превышающую статическое поле коллапса ЦМД. Обсуждены возможные сценарии периода от хаоса к: упорядочению: возбуждение нелинейной пульсациопной моды колебаний гантелевидных доменов, дрейф двумерных доменных массивов и динамическая кластеризация разнополярных гексагональных решеток круглых ЦМД. Первые два сценария реализуются при монополярном импульсном воздействии (треугольные импульсы длительностью несколько микросекунд), последний - при гармоническом (частоты в диапазоне нескольких килогерц). Упорядоченные ДС, возникающие при монополярном воздействии по первому сценарию, существуют в двух дуальных модификациях, любая из которых переводится в другую однократным действием импульса поля. Это иллюстрирует рис.3, на котором в левом столбце показаны статические фотографии наблюдаемых конфигураций, а в нравом - динамические, полученные при времени экспозиции, значительно превышающем период повторения импульсов.

Видно, что последние представляют собой суперпозицию двух дуальных модификаций. Существует отчетливо выраженная зависимость угла, на который переориентируются оси гантелевидных доменов под действием каждого импульса ноля подмашичивания, от плотности доменов в массиве, то есть, от среднего значения намашиченноеш* ячейки. В разреженных решетках (рис.3 а-с1) оси гантелевидных доменов периодически переориентируются на 90°, и реализуются статические структуры с симметрией Р6 (рис.За) или РаЬ2 (рис.Зс) и динамические структуры с симметрией Рбтт (рис.ЗЬ) или Стт2 (рис.Зс!). При увеличении плотности доменов угол переориентации осей уменьшается (рис.3 е,Г) и, если плотность доменов превышает некоторое критическое значение, то переориентация вообще не наблюдается и при самоупорядочении формируются чередующиеся ряды из коротких и длинных гантелевидных доменов, причем каждый импульс поля подмашичивания переводит длинные домены в короткие, а короткие домены - в длинные (рис.З§,Ь). Описанный сценарий

реализуется в пленках с очень большим (С>и » 10) фактором качества и отсутствием анизотропии в базисной плоскости. Если последнее условие не выполняется и фактор качества не слишком велик (10 >

> 1), то под действием монополярных импульсов магнитного поля возникает дрейф (поступательное движение) ДС, что приводит к самоорганизации ДС в массив Я - образных (рис,4а,Ь), гантелевидных (рис.4с) или бумерангоподобных (рис.4с1) элементов. Киральность массивообразутощих элементов на рис.4а,Ь связана с действием гироскопических сил [18].

Третий сценарий реализуется при воздействии сильного гармонического магнитного ноля на одноосные пленки с » 1 и порожда-

В разделе 3.3 представлены раезультаты теоретического и экспериментального изучения явления магнитооптической дифракции све-

Рис.4

ет своеобразную ДС, состоящую из блоков (кластеров) разнополярных решегок ЦМД, которые при диссоциации преобразуются в упорядоченные двумерные массивы кольцевых доменов или спаренных кольцевых доменов; см. рис.4е,Г. В сходных условиях при нелинейных колебаниях одномерно-периодической системы полосовых доменов, симметрия которой описывается так называемой группой бордюров, возникают двумерно-периодические упорядоченные конфигурации доменов, по внешнему виду аналогач-ные бимодальным структурам в жидкостях при конвекции Рэлея-Бенара с высоким числом Прандт-л'я.

та на самоупорядочивающихся двумерных ДС с различной симметрией и с различными мотивообразующими элементами решеток Нраве.

Расчет интенсивности и положения дифракционных рефлексов проводился по известной методике [19J в приближении Фраунгофера.

При рассеянии падающего па пленку вдоль оси г (?,||н ) света максимумы будут наблюдаются в направлениях , - к + pbi + qb2 , где

к - волновой вектор падающего света, Ьх и h, - базисные векторы

обратной решетки, рис/- целые числа, а компонент!,i поля дифрагированного излучения E(xj ,yd), являющиеся Фурье-трансформантами компонент апертурной функции Е(х.у) определяются выражением

£(£. //) = Я Ё(-г, у) ехр[- i(¿х + //у)| dx dy . (Г)

s

Здесь (х.у) и (xj ,yd) - системы координат (с кодлинеарными ортами) в плоскостях объекта и наблюдения соответственно, S - освещаемая площадь объекта (апертура), q = kx¿ / zo , >1 = ky¿ / Zg и za - расстояние от объекта до плоскости дифракции. В рассматриваемом случае интенсивность основного дифракционного максимума (p=q=0, то есть £=г]=0) для бесконечной апертуры исходного светового пучка соСтаазяет

7(0,0) = Г2 £q^|cos2 Ф, +(1 - 2pf)2 sin2 Ф/ ], (2)

8 Truje Е0 - напряженность падающей световой волны, Т - коэффициент пропускания пленки, S¿ - площадь элементарной ячейки, занимаемая доменами, Ф, - угол поворота плоскости поляризации света в доменах, pj = S¿ / S0 - коэффициент заполнения доменной решетки ( S0 -площадь элементарной ячейки). Для дифракционных рефлексов высшею порядка (р ф Ü и (или) q ф 0) расчет интенсивностей дает следующие значения

I i

/(£11) - —-T2El\K(Li])\" sin2 Ф/ , (3)

2 71

где ^(едт) - форм-фактор, равный

К(£,ф = JJ ехр|-(£х+ i}y))d.\dy (4)

■Ь

и определяемый в точках Г(1м,ех + Лф.ч>еу = + </Ь2.

Таким образом, расчет распределения интенсивности дифрагированного излучения сводится к определению коаффиипента заполнения доменного массива и к вычислению интегралов типа (4). Эта процедур.". Ггл.ча выполнена для всех наблюдаемых в экспсркчлр'л-: самоупорядочиваюшихся доменных конфтураций. Форма ЛГ vo33i-пооб{- дующих элементов при этом аппроксимировалась тремя од;ч,а-ковыми эллипсами и окружностью (рис.За.Ь), двумя одинаковыми ал-линсами (рис.Зс-П, двумя разными эллипсами (рис.3g,К), иабороч^ из трех (рис.4а.Ь) или двух (pnc.4d) иаратлелограммов, набором из трех нрямоуюлышков (рис.4с). гш инеем и двумя окружностями (рис.4с) и двумя концентрическими окружностями (рис.4Г). Ььин определены структурные факторы для используемых в расчете моделей доменов. "Vin некоторых случаен результаты расиста были вырвет-.' в аналитическом виде: в противном случае исиольтовачись численные методы. Например, аналитические расчеты были проведены д..;:.' моделей. содержащих эллиптические и (иди) круглые домены. Кги ал-днитическнй домен с полуосями г- и г2 (г, > /д) имеет центр - •д"ке ¡.ь a cî;1 Сю дындя ось сосл;д'.дде; с .v -лод 'V, со

I , 1 i 1 !

1С]. v.p II

-M < i .

- ' i v ( H ' i

i.

Груд î . •

/4.(^,77.) oiipe, !Я!ОТСЯ ПО формуле (.*>!.

i:.; теоретически! о расчета дифракционных кар' ..:;ем аиласик с опытными данными для все. i

ча.хо

16 ■ . • . мых самоупорядочивающихся доменных конфигураций! Для примера на рис.5 приведены экспериментальная (а) и теоретическая (Ь).ди-фрактограммы для структуры, показанной на рис.За. В расчетах использовались геометрические нараметры реального доменного массива. - .

а) Ь)

Рис.5

Рассмотрены возможные типы и причины нарушения риулярно-сти в возникающих при самоорганизации упорядоченных ДС. Показано, что анализ распределения интенсивности дифрагированного излучения может быть использован не только для симметрийной классификации квазидвумерных доменных массивов, но и для определения степени их упорядоченности. Обсуждены возможности практического использования явления магнитооптической дифракции на возникающих при самоорганизации неоднородных распределениях магнитного момент;-, например в пространственных модуляторах света, управляемых однородным воздействием на рабочую среду.

В Заключении сформулированы основные результаты, полученные в ходе выполнения настоящей работы, а также даны сведения о публикациях по теме диссертации и докладах на различных научных форумах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В ходе выполнения настоящей диссертационной работы были получены следующие результаты.

1. Отработана методика воспроизводимого выращивания энитак-сиальных пленок, ферритов-гранатов состава (LuBi)3Fe50,2 с малым фактором качества (Q.. < 1) ц большим удельным фарадеевским вращением (более 104 град/см на длине волны 0.63 мкм).

2. Экспериментально' исследованы индуцируемые постоянным магнитным нолем равновесные ФП в эпитаксиальных пленках ферритов-гранатов с малым фактором. качества. Установлен полный вид диаграммы состояний таких пленок на плоскости Н - Hi, где Нл и Hi - компоненты поля подмашичивания вдоль и перпендикулярно нормали к поверхности соответственно. Определено положение границ устойчивости для основных типов наблюдаемых конфигураций доменов: простой полосовой ДС, полосовой ДС с периодическими волнообразными поверхностными искажениями профиля ДГ и гексагональных решеток ЦМД.

3. В пленках магнитных фанатов с малым фактором качества обнаружен новый спонтанный ФП типа порядок - беспорядок, сопровождающийся изгибной поверхностной неустойчивостью профиля ДГ и обусловленный замораживанием поверхностной мягкой моды в спектре элементарных возбуждений магнетика.

4. Показано, что пленки ферритов-гранатов состава (LuBi)fFe50,2 с малым фактором качества обладают малой шириной линии ферромагнитного резонанса (менее 1 Э) и поддерживают распространение магнитостатических волн в широком интервале частот, что дает возможность использовать полученные пленки в сверхвысокочастотных приборах передачи и обработки информации, а также в модуляторах света на основе дифракции оптического излучения lía магнитостатических волнах.

Разработана мелодика выращивания квазиизотропных (с фактором качества Q,. < 0.01) эпитаксиальных пленок ферритов-гранатов состава íYPrBiljPe^^Ru^oojO^, в которых компенсация константы наведенной одноосной анизотропии достигатась за счет соответствующего выбора относительного содержания ионов празеодима и висмута, а компенсация констант кубической анизотропии - за счет введения ионов рутения. Изучены промессы неремагничивания таких ' пленок. Показано, что поле перемагничивапия пленок может быть менее 1 Э. а магнитная восприимчивость может превышать 10"\ Пленки указанного состава обладают большим удельным фарадеев-ским вращением 2 х 104 па дайне волны 0.63 мкм) и могут приме-

пяться в магнитооптических датчиках магнитной индукции и еиеге-мах визуализации маиштной .записи.

6. Показано, что при динамической самоорганизации распределения магнитного момента в одноосных эпитаксиатьных пленках ферритов-! ранатов с большим фактором качества под действием пульсирующего магнитного поля можно реализовать несколько качественно различающихся сценариев перехода от хаоса к упорядочению: возбуждение нелинейной пульсационной моды колебаний гантелевидных доменов, динамическая кластеризация разнополярных гексагональных решеток круглых ЦМД и дрейф двумерных доменных массивов. Ус-таиовлено, что для самоорганизации с участием нелинейной пульсационной моды колебаний существует отчетливо выраженная зависимость угла, па который переориентируются оси гантелевидных доменов, под действием каждой) импульса поля подмагничивания. от плотности доменов в массиве, то есть, от среднего значения намагниченности ячейк и. Нел и плотность доменов превышает некоторое критическое значение, то переориентация осей вообще не наблюдается и при самоупорядоченпи формируются чередующиеся ряды из коротких и длинных гантелевидных доменов.

7. Теоретически и экспериментально изучено явление дифракшш света на самоупорядочиваюшихся двумерных ДС с различной симметрией и с различными мотивообразующими элементами решеток Нраве. Установлено, что результаты теоретического расчета дифракционных картин находятся в хорошем согласии с опытными данными для всех наблюдаемых самоупорядочиваюшихся доменных конфигурации. Показано, что явление магнитооптической дифракции на возникающих в процессе динамической самоорганизации ДС может быть использовано для создания пространственных модуляторов, света, управляемых однородным воздействием на рабочую среду.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ф.В.Лисовский, К.Г.Мансветова, Чун-Ман Пак. Синтез и исследование эпитаксиальных пленок ферритов-гранатов состава (ЬиВ1)3Не5012 с малой шириной линии ФМР и с гигантским удельным фарадеевским вращением // Тез. докл. VI школы-семи-пара по сгшн-волновой электронике СВЧ. Саратов, 1993. С. 159 -160.

2. Ф.В.Лисовский, Е.Г.Мансветова, Чун-Ман Пак. Пленки состава (YPrBi)3Fe5.;;Rux012 с высокой проницаемостью для магнитооптической визуализации магнитной записи П Тез. докл. VI школы-семинара по спин-волновой электронике СВЧ. Саратов, 1993. С. 163 -164.

3. Ф.ВЛисовский, Е.Г.Мансветова, Чун-Ман Пак. Влияние ионов рутения на магнитную анизотропию и восприимчивость эпитакси-альных пленок состава (YPrBi)3Fe501-, // ФТТ. 1993. Т. 35. В. 10. С. 2848 - 2851.

4. Ф.В.Лисовский, Е.Г.Мансветова, Чун-Ман Пак. Новый спонтанный фазовый переход типа "порядок-беспорядок" в магнитных пленках с периодической деформацией профиля доменных границ // Письма в ЖЭТФ. 1994. Т. 60. В. 2. С. 128 - 132.

5. Г.В.Арзамасцева, Ф.ВЛисовский, Чун-Ман Пак. Особенности пе-ремашичивания квазиизотропных пленок магнитных гранатов состава (YPrBi)3ÎFeRu)5012 // Тез. докл. XIV Всесоюзной школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники (магнитные пленки)". Москва, 1994. Ч. 1. С. 46 - 47.

6. il).В.Лисовский, Е.Г.Мансветова, Чун-Ман Пак. Новый спонтанный фазовый переход в магнитных пленках с малым фактором качества // Тез. докл. XIV Всесоюзной школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники (магнитные пленки)". Москва, 1994. Ч. 2. С. 81 - 82.

7. Ф.ВЛисовский, Е.Г.Мансветова, Чун-Ман Пак. Диаграмма состояний пленок магнитных фанатов с малым фактором качества // Тез. докл. XIV Всесоюзной школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники (магнитные пленки)". Москва, 1994. Ч. 2. С. 85 - 86.

8. Ф.ВЛисовский, Е.Г.Мансветова, Ч.М.Пак. Сценарии упорядочения и структура самоорганизующихся двумерных массивов доменов в топких магнитных пленках // ЖЭТФ. 1995. Т. 108. В. 9. С. 1031 -1051.

9. 'F.V.Lisovskii, E.G.Mansvetova, C.M.Park. Light diffraction by ordered domain structures in epitaxial films of magnetic garnets // Photonics and Optoelectronics. 1994. V. 2. No. 3,

10. Ф.ВЛисовский, Е.Г.Мансветова. Ч.М.Пак. Неравновесные фазовые переходы в гранатовых пленках, сопровождающиеся самооп-

ганизацией распределения магнитного момента // Тез. докл. Первой объединенной конференции по магнитоэлектропике. Москва, 1995. С. 21 -22.

ЛИТЕРАТУРА

11. C.Kittel. Physical theory of ferromagnetic domains // Rev. Mod. Physics. 1949. V. 21. No. 4. P. 541 - 583.

12. И.Е.Дикштейн, Ф.ВЛисовский, Е.Г.Мансветова, B.B.Tapa-сенко. Спонтанные и ориентационные фазовые переходы в квазиодноосных пленках магнетиков // ЖЭТФ. 1984. Т. 86. В. 4. С. 2473 - 1494.

13. Я.Кацер. О доменной структуре одноосных ферромагнетиков //ЖЭТФ. 1964. Т. 46. В. 5 С. 1787 - 1792.

14. Ф.В.Лисовский, Е.Г.Мансветова. Новые типы самоорганизации магнитного момента // Письма в ЖЭТФ. 1992. Т. 55. В. 1. С. 34 -37.

15. Ф.В.Лисовский, Е.Г.Мансветова, Е.П.Николаева. А.В.Николаев. Динамическая самоорганизация и симметрия распределения магнитного момента в тонких пленках // ЖЭТФ. 1993. Т. 62. 13. 1. С. 213 - 233.

16. Ф.В.Лисовский, Е.Г.Мансветова, Е.П.Николаева. Переход от самоорганизации к хаосу в двумерных решетках магнитных доменов с границами в форме кривых Кассини // Письма в ЖЭТФ. 1993. Т. 57. В. 9. С. 580 - 583.

17. Ф.В.Лисовекий, Е.Г.Мансветова. Самоорганизация магнитного момента при пульсационных колебаниях, динамической кластеризации или дрейфе двумерных решеток доменов в тонких пленках ■// Письма в ЖЗТф' 1993. Т. 58. В. 10. С. 836 - 839.

18. А.Матоземов, Дж.Слонзуски. Доменные стенки в материалах с цилиндрическими магнитными доменами. - М.: Мир, 1982. 382 с.

19. М.Борн, Э.Вольф. Основы оптики. - М.: Наука, 1970. 856 с.

Подписано в печать 05.12.95 г. Формат 60x84/1.6. Объем 1,16 усл.п.л. Тираж 85 экз. Ротапринт ИРЭ РАН. Зак.94.