Ядерный магнитный резонанс доменных границ ферритов-гранатов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УФИМСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ИНСТИТУТ ФИЗИКИ МОЛЕКУЛ И КРИСТАЛЛОВ

РГБ ОД

' 7 ОКТ 1998 На правах рукописи

ФАХРЕТДИНОВА РИММА САГАДЕЕВНА

УДК 538.245

ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС ДОМЕННЫХ ГРАНИЦ ФЕРРИТОВ-ГРАНАТОВ

Специальность - 01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Работа выполнена в лаборатории антиферромагнетиков и ферритов Института физики молекул и кристаллов Уфимского научного центра Российской Академии наук.

Ведущая организация - Институт проблем сверхпластичности металлов РАН

Защита состоится 20 октября 1998 г. в 16 часов на заседании специализированного совета Д 200 71.01 по присуждению ученой степени кандидата наук в Институте физики молекул и кристаллов УНЦ РАН по адресу: 450075, г. Уфа, пр. Октября, д. 147.

Отзывы направлять по адресу: 450075, г. Уфа, пр. Октября, д. 147, ИФМК,

\

специализированный совет Д 200 71.01.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики молекул и кристаллов Уфимского научного центра РАН.

Автореферат разослан 19 сентября 1998 г.

Научный руководитель -

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Р.А. Дорошенко

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Харрасов М.Х., кандидат физико-математических наук, доц. Мигранов Н.Г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 20071.0 кандидат физико-математических наук

I

Г.С. Ломакин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современной магнитной микроэлектронике находят широкое применение кристаллы ферритов-гранатов, обладающие уникальными свойствами: рекордно узкая полуширина линии ферромагнитного резонанса, высокая' оптическая прозрачность, большие магнитооптические эффекты, многообразие доменных структур и доменных границ. Поэтому актуальным является исследование распределения вектора намагниченности в этих кристаллах. Наиболее перспективным методом изучения распределения намагниченности является метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Ядерные-спины в магнетиках взаимодействуют как друг с другом, так и с внешним радиочастотным (РЧ) полем, только через подсистему магнитоупорядоченных электронов. Свойства последних определяют целиком всю картину явлений ЯМР в магнетиках. Преимуществом метода ЯМР является возможность наблюдать спектры от ядер, локализованных в доменной границ" (ДГ). Особенности ЯМР в магнетиках определяются огромными значениями локальных полей на ядрах магнитных атомов (ионов), создаваемых сверхтонким взаимодействием с "собственной" электронной оболочкой и дипольными полями, обусловленными диполь-дипольными взаимодействиями ядерного магнитного момента с полными моментами окружающих магнитных ионов. Значения локальных нолей на ядрах достигают значений 105-106 э. Анизотропия локального поля на ядре Fe+3 приводит к зависимости частоты ЯМР от положения ядерного спина в доменной границе. Другой интересной особенностью ЯМР является значительное усиление интенсивности сигналов от ядер доменной границы.

В настоящее время ЯМР ДГ наиболее подробно рассмотрен для случаев, допускающих аналитическое представление магнитной структуры ДГ (180° ДГ в одноосных ферромагнетиках и ортоферритах). Для широкого класса многоосных магнетиков экспериментально наблюдаемая форма пинии ЯМР

поглощения ДГ не получила еще однозначного объяснения. В частности, спектр ЯМР ДГ иттриевого феррита-граната объясняется поглощением в 109°, 180° ДГ или суммой поглощения в различных доменных границах. Не исследованы особенности ЯМР 'спектров ДГ в ферритах-гранатах с комбинированной и неоднородной магнитной анизотропией, вызывающих большой интерес исследователей. Поэтому насущным является исследование форм линий поглощения ЯМР магнитных неоднородностей в ферритах-гранатах с учетом комбинированной и неоднородной магнитной анизотропии.

Цель диссертационной работы заключалась в теоретическом исследовании форм линий поглощения ЯМР ДГ в неограниченном кристалле и пластинах феррита-граната, а также в магнетиках с пространственно неоднородными параметрами магнитной анизотропии. При этом решались следующие задачи:

1. Исследование форм линий поглощения ЯМР всех типов блоховских ДГ с возможными ориентациями плоскости границ в кристаллах ферритов-гранатов.

2. Исследование форм линий поглощения ЯМР блоховских ДГ в пластинах (001), (011) и (111) ферритов-гранатов.

3. Исследование влияния процессов стабилизации на формы линий поглощения ЯМР 180° ДГ, а также магнитных неоднородностей типа 0° ДГ, возникающих на месте стабилизации 180° ДГ в кубических кристаллах со структурой граната.

Научная новизна работы и результаты, выносимые на защиту. 1. Расчет формы линий поглощения ЯМР блоховских ДГ в неограниченном кристалле феррита-граната. Показано, что отдельные подрешетки могут вносить вклад в сигналы ЯМР от различных участков или по всей ширине доменной границы. Частоты максимумов поглощения ЯМР ДГ определяются ориентацией границы относительно направлений в кристалле и типом границы. Форма линии поглощения ЯМР ДГ а- и d- ионов отличны.

2. Особенности сигналов ЯМР ДГ а- и d- ионов в пластинах феррита-граяa iя. Показано, что наведенная анизотропия изменяет соотношение амшппуд максимумов поглощения ЯМР ДГ. Изменение частот максимумов поглощения в форме линии ЯМР ДГ" а- и d- ионов происходит при изменении ориентации плоскости границы относительно кристаллографических осей. В области СПФП происходит резкое изменение амплитуд максимумов поглощения ЯМР ДГ. В пластине (011) обнаружено, что для не-180° ДГ в угловых фазах возможно формирование максимума в форме линии ЯМР поглощения d- подрешеток полностью за счет неоднородности коэффициента усиления.

3. Анализ влияния наведенной анизотропии на устойчивые состояния всех возможных типов блоховских доменных границ в пластине (011). Показано, что переходы между различными типами доменных границ в зависимости от параметров наведенной анизотропии Moiyr осуществляться как в результате фазовых переходов первого, так и второго рода.

4. Анализ влияния процессов стабилизации на форму линии поглощения ЯМР 180° блоховской доменной границы, Абсолютная интенсивность ЯМР поглощения уменьшается с увеличением констант наведенной анизотропии и возрастает с увеличением амплитуды продольного РЧ поля. Изменения параметров наведенной анизотропии и величины напряженности РЧ поля приводят к относительному изменению соотношений амплитуд максимумов поглощения ЯМР ДГ а- и d- ионов без изменения значений частот .

5. Расчет формы линии поглощения ЯМР 0° доменкой границы, возникающей на месте стабилизации 180° доменной границы. Показано, что возрастание компонент наведенной анизотропии / и g<66 приводит к увеличению

■ абсолютного поглощения ЯМР ДГ на всех частотах и уширению полосы поглощения а- и d- ионов. Увеличение параметра g в области g>66 или напряженности внешнего РЧ поля напротив, приводит к уменьшению абсолютной интенсивности поглощения ЯМР магнитных неоднородиостей.

Научная и практическая ценность. Полученные результаты расширяют представления о возможных формах линии поглощения ЯМ? блоховских ДГ в магнетиках и могут быть использованы при интерпретации экспериментальных данных в ферритах-гранатах. Показано, что при определенных условиях максимум поглощения ЯМР ДГ формируется за счет неоднородности коэффициента усиления. Представленные результаты могут быть использованы при проведении экспериментальных исследований доменных структур.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на семинарах по магнитоэлектронике (Симферополь, 1991г), на XIII Всесоюзной школе-семинаре "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Астрахань, 1992 г.), на XIV школе-семинаре "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Москва, 1994г.), на 1-й Объединенной конференции по магнитоэлектронике (Москва, 1995г.), на XV Всероссийской школе-семинаре "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Москва, 1996 г.), на Всероссийской научной конференции "Физика конденсированного состояния" (Стерлитамак, 1997 г.), на XVI' международной школе-семинаре "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Москва, 1998 г.) и опубликованы в 16 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, а также списка основных цитируемых литературных источников. Работа содержит 115 страниц машинописного текста, включая 29 рисунков и 125 наименований цитируемой литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи работы, описана структура диссертации, указаны основные результаты.

Глава 1 носит обзорный характер и состоит из двух разделов. В первом разделе описаны физические свойства ферритов-гранатов, приведены основные результаты исследований доменной структуры в кристаллах с комбинированной кубической и одноосной анизотропией. Изложены принципы микромагнетизма. Во втором разделе дан аналитический обзор экспериментальных и теоретических работ по ЯМР ДГ в магнетиках. В 1.2.1-приведены сведения о локальном поле на ядре Fe3+ в феррите-гранате иттрия и рассмотрены угловые зависимости анизотропной части локального поля. В 1.2.2 рассматривается эффект усиления сигналов ЯМР от доменов и ДГ. В 1.2.3 кратко излагаются особенности ядерного магнитного резонанса в многодоменных магнетиках. Рассмотрена теория ЯМР ДГ для одноосных магнетиков без изменения и с изменением ширины локальной линии по ширине ДГ в предположении низкой концентрации магнитных ядер. Рассмотрены работы по ЯМР ДГ в ортоферритах. Приводится обзор по экспериментальным и теоретическим работам по ЯМР в ферритах-гранатах.

В конце главы сформулированы выводы, обуславливающие актуальность работы, сформулирована и обоснована постановка задачи.

Во второй главе представлены результаты исследований ЯМР всех типов блоховских ДГ в неограниченном кристалле феррита-граната с К;<0 (раздел 2.1) и К]>0 (раздел 2.2). Форма линии поглощения ЯМР ДГ рассчитывалась численно (Murray G.A., Marshall W. Proc. Phys. Soc., 1965):

P = n£ Jdcp /dz|f(v- vi(tj)))d9

где v - переменная частота, N - нормировочный множитель (Jp<îv = 1), f -локальная функция формы линии, ф - угол разворота вектора намагниченности M в плоскости ДГ, ±с?.я - значения <р в доменах, ось z направлена вдоль нормали к плоскости ДГ и Vj(cp) =(l-3-cosJYi) - зависимость частоты ЯМР ядра i-той подрешетки (¡=1, 2, 3 для ci- подрешеток и i=l, 2, 3, 4 для а- подрешеток в соответствии с возможными направлениями локальных осей анизотропии) от

его положения в доменной границе, у; - угол между локальной осью анизотропии ядра и М, по неэквивалентным подрешеткам производится равновесное суммирование. Предполагая распределение намагниченности в ДГ неизменным при ее квазистатическом движении, определяется первый интеграл Эйлера вариационной задачи. При расчетах формы линии поглощения ЯМР ДГ локальная форма линии аппроксимировалась распределением Лоренца. Ширина распределения д принималась равной 10"' • для d- и 10"3'2 для а- позиций.

В 2.1 анализируются вклады отдельных подрешеток в максимумы поглощения ЯМР 180°, 109° и 71° ДГ, приводятся выражения, определяющие частоты сигналов ЯМР ДГ и координаты соответствующих спинов в границе в зависимости от ориентации плоскости ДГ. Для ряда ориентации рассчитаны формы линий поглощения ЯМР ДГ.

В качестве примера здесь приводятся схема формирования сигналов ЯМР 180° ДГ (рис.1) в плоскости (0 1 1) и зависимость формы линии поглощения ЯМР 180° ДГ от ориентации плоскости границы относительно кристаллографических осей (рис.2).

-з -2

Рис.1. Схема формирования линии ЯМР поглощения 180 ДГ (К]<0) в плоскости (0 1 1): г -величина, пропорциональная коэффициенту усиления, вид- угловые зависимости частот от положения спина по ширине ДГ и а и 6 - формы линий поглощения ЯМР для d- и а■ подрешеток соответственно.

Сигнал на частоте у=1 от г/- ионов (рис. 1а, в) обрачован поглощением от трех й- подрешеток (угловые зависимости резонансных частот двух подрешеток вырождены) от двух слоев границы с максимальными значениями коэффициента усиления (рис.1 г). Сигнал ЯМР на частоте \'--0.5 от г/- ионов формируется двумя подрешетками от слоя с относительным максимумом коэффициента усиления и его амплитуда поглощения меньше. Третий сигнал

Рис.2. Формы линии ЯМР поглощения 180° ДГ (Kj<0) (слева для d- подрешеток, справа- для а- подрешеток). Цифры у кривых - значение угла в градусах между плоскостью (0 1 1) п плоскостью ДГ.

на частоте v=-2 формируется одной подрешеткой, но от слоя с максимальным коэффициентом усиления и его амплитуда ненамного меньше, чем на частоте v=-0.5. В спектре ядер а- ионов формируются два максимума поглощения (рис. 16). Максимум на правом краю полосы поглощения формируется всеми группами ядер от трех слоев ДГ с различными коэффициентами усиления (рис.1д). Наибольший вклад вносят две группы ионов (локальные оси анизотропии симметричны относительно плоскости ДГ, т.е. угловые

зависимости частот совпадают). Максимальное значение коэффициента усиления имеет место лишь для сигнала на частоте v=0, формируемого, в основном, этими же труппами ионов. Также, как и в случае d- ионов, из-за быстрого изменения v(<p) в окрестности v=0 остальные две группы ионов вносят лишь незначительный вклад. Максимум на левом краю полосы поглощения не формируется вследствие минимальности коэффициента усиления в слое с фи19° и нуля коэффициента усиления на краях ДГ. Но для двух групп ионов имеет место медленное изменение частоты в окрестности v=-2 в трех слоях ДГ и вследствие этого возможно наблюдение резкого края полосы поглощения на частоте v=-2.

С изменением ориентации плоскости границы (рис.2) происходит расщепление сигналов ЯМР (на частоте v—0.5 для d- ионов и на частоте v=0 для а- ионов) и смещение частот сигналов на полосе поглощения ЯМР. В форме линии поглощения ЯМР ДГ изменяются соотношения амплитуд максимумов поглощения. Изменения частот максимумов ЯМР поглощения происходит при сохранении (а- ионы) и сужении полосы поглощения (d-ионы).

В 2.2 приводятся выражения для частот максимумов поглощения ЯМР 180° и 90° ДГ. Кроме того, приводятся выражения, определяющие направления спинов каждой подрешетки по ширине границы, вносящие максимальный вклад в сигнал, от ориентации плоскости ДГ относительно направлений в кристалле. Приводятся спектры для различных ориентации плоскости 180° и 90° ДГ.

В конце главы обсуждаются результаты и проводится сравнение с экспериментальными данными, резюмируются основные выводы главы 2.

Третья глава состоит из трех разделов, в которых исследуются зависимости формы линий поглощения ЯМР ДГ в зависимости от величины наведенной анизотропии (НА) в пластинах феррита-граната. Методика расчетов аналогична использованной в главе 2. В плотности свободной энергии

учитывались энергия кубической (Ki) и НА, направленной нормально к плоскости пластины. Для пластины (011) был учтен ромбический характер НА.

В 3.1 представлены результаты исследований зависимостей амплитуд максимумов поглощения ЯМР 180° и не-180° ДГ в пластине (001) от соотношения констант наведенной и кубической анизотропии. Показаны отличия в соотношениях амплитуд максимумов поглощения ЯМР и неизменность частот сигналов ЯМР не-180° границ в зависимости от НА. Частоты максимумов поглощения ЯМР 180° ДГ определяются ориентацией границы.

В 3.2 рассмотрены формы линии поглощения ЯМР 180° ДГ в пластине (11!) во всей области изменения соотношения констант наведенной и кубической анизотропии. Показано сильное изменение амплитуд поглощения ЯМР ДГ в области спшг-переориентационного фазового перехода, что характерно и для 180° ДГ в пластине (001).

В 3.3 для пластины (011) проведено исследование равновесны-ориентации плоскости блоховских ДГ в шести магнитных фазах и приведена фазовая диаграмма равновесных ориентации плоскости 180° и не-180° ДГ. Показано, что плоскость 180° ДГ всегда остается перпендикулярной поверхности пластины, плоскости не-180° границ могут составлять некоторый утол с поверхностью пластины. Исследованы зависимости частот максимумов поглощения ЯМР 180° и не-180° ДГ от констант НА (рис.3). Частоты максимумов поглощения для всех типов блоховских границ определяются ориентацией плоскости ДГ. Рассмотрено формирование спектра поглощения на примере d- ионов не-180° границы, показана возможность формирования максимума поглощения ЯМР ДГ при определенных условиях только за счет • неоднородности коэффициента усиления.

В конце главы 3 обсуждаются результаты и проводится сравнение с экспериментальными данными, резюмируются основные выводы главы 3.

Xl

Xl

Xi

а г

Т\7 \п 6 "77 Д

Л1 j в ¡1 е

/ V У

-2-10 1 V

г

-2-10 1 V

ф

<z>

[Oil]

п

<

ф.

<

ф

ф.

[011] ш

<

ф,

ф

[100] I

ф

[011]

ф.

ш

<

Рис. 3. Зависимости частот максимумов поглощения ЯМР ДГ ¡3- подрешеток (а-в) и а-подрешетох (г-е) от XI'- а> г -Х2=-1-1, б, д - Х2=0, в, е - у_г=2. Области фаз отмечены штриховыми линиями и указаны справа.

Четвертая глава состоит из двух разделов и посвящена изучению влияния процессов стабилизации на сигналы ЯМР магнитных неоднородностей (MHO) различного типа в кристаллах ферритов-гранатов.

Наличие стабилизации приводит к необходимости учета в плотности энергии MHO членов, явно зависящих от пространственной координаты. Поэтому описать структуру магнитной неоднородности аналитическим выражением невозможно. Для расчета структуры MHO используется

численный метод, предложенный И.В. Владимировым и В.В. Плавским (Препринт ИОФАН, № S3, Москва,' 1989).

В разделе 4.1 исследовано влияние процессов стабилизации на форму линии поглощения ЯМР 180° блоховской ДГ в кубических кристаллах с комбинированной магнитной анизотропией. Рассмотрены зависимости формы линии поглощения ЯМР ДГ от величины констант наведенной анизотропии и амплитуды продольного РЧ поля.

Пусть направления намагниченности в доменах совпадают с направлениями [1 1 1 ] и [ 1 1 1 ], соответственно, т.е. краевые условия задачи имеют вид: ср(-оо)=0, <р(+со)=тг, ф'(±°°)=0, где ср - угол, откладываемый от направления [111], и описывающий вращение вектора намагниченности в ДГ. Плоскость ДГ - (1 1 0). В плотности энергии ДГ учитываются следующие члены; энергии кубической анизотропии {К)<0) и одноосной анизотропии (Ки), снимающей вырождение кубических осей, с осью симметрии вдоль fill], обменная энергия (А), энергия смещающего ДГ внешнего магнитного поля (/?* , и энергии наведенной анизотропии (F, G):

,sin4 <в cos4 ю V2 . , п ,

е0№ / К„ = -q{—-— + —----з~эп cpcostp) + arr <р -hcosy + afo')* -

- Pj,

где q=\K;\/Ku, h=h /К,„ а=А/Ки, f=F/Ku, g=G/Ku, сг,- - направляющие косинусы вектора намагниченности, Д - направляющие косинусы вектора намагниченности в исходной (до стабилизации) ДГ.

Рассмотрены два предельных случая: 1) величина константы кубической анизотропии по сравнению с одноосной мала, т.е. q->0 (псевдоодносные кристаллы); 2) величина константы одноосной анизотропии мала по сравнению с кубической, q»\.

Вне зависимости от величины q компонента наведенной анизотропии с константой F при стабилизации ДГ приводит к закреплению участков границы с направлением спинов вдоль кристаллографических направлений <100> и, в

меньшей степени, <110>. Аналогично, компонента НА с константой G приводит к закреплению участков границы вдоль направлений <111>. При этом в первом случае (#—>0) в структуре ДГ появляются участки с более медленным изменением направления вектора намагниченности. С увеличением F и G ярко проявляется неодинаковость изменения отдельных участков ДГ. Во втором случае (д»1) в структуре исходной (нестабилизированной) ДГ уже существует область с более медленным изменением ориентации вектора намагниченности вблизи направления М||[ 111 ]. Наведенная анизотропия изменяет, в основном, эту область. Компонента НА с константой F уменьшает её, а с константой G - расширяет. При этом характер смещения ДГ во внешнем магнитном поле сильно отличается от предыдущего случая. 180° границу можно разбить на две составляющие: 71° и 109°, которые, в зависимости от компоненты НА, по разному смещаются при действии поля. При этом максимумы изменений приходятся на участки ДГ, соответствующие центрам составляющих компонент 180° ДГ.

Поглощение на участке ДГ fy, y+dy] (ось у направлена вдоль нормали к плоскости границы) пропорционально квадрату амплитуды переменной составляющей локального магнитного поля на ядре. Форма линии поглощения ЯМР ДГ в этом случае будет иметь вид:

P(v) = n£ J< Дф2 > dy /(Дг + (v;(9) - v)2),

где i=l, 2, 3, 4 (1, 2, 3) для а- мест (d- мест), N - нормировочный коэффициент (IPrfv=l), Д=10"', v - частота радиочастотного поля h*, <Дф2> - средний за период колебаний квадрат изменения угла ориентации вектора намагниченности при квазистатическом смещении ДГ в результате действия поля h*.

Зависимости амплитуд максимумов поглощения ЯМР 180° ДГ от параметров стабилизации приведено на рис.4.

б

Рис. 4. Зависимости амплитуд максимумов поглощения ЯМР 180° ДГ от констант наведенной анизотропии F (сплошные линии) и G (пунктирные линии). Значения частот максимумов поглощения указаны у кривых. Значения/ и g по оси абсцисс прийедены в логарифмическом масштабе.

На рисунке видно отличное влияние компонент Р и б\ что проявляется в различном изменении соотношений амплитуд поглощения. При малых значениях параметров наведенной анизотропии соотношения амплитуд

максимумов поглощения в спектрах для а- и d- подрешеток практически

4

совпадают.

Таким образом, исследование влияния процессов стабилизации ДГ на форму линии поглощения ЯМР показало необходимость учета изменения структуры 180° ДГ при ее смещении с места стабилизации. В спектре поглощения ЯМР формируются три максимума на частотах -2, 0, 1 для а-подрешеток и -2, -0.5, 1 для d- подрешеток, что совпадает с данными для спектров 180° ДГ с аналитически определяемой структурой. Увеличение констант НА приводит к абсолютному уменьшению интенсивности поглощения на всей полосе поглощения и относительному изменению амплитуд максимумов поглощения ЯМР ДГ.

Различие действия компонент НА с константами F и G на относительное изменение амплитуд максимумов поглощения ЯМР наиболее ярко проявляется в случае псевдоодноосного кристалла (<у=0).

В кристаллах с комбинированной кубической и одноосной анизотропией (5=100) в структуре 180° ДГ существует область с более медленным изменением ориентаций векторов намагниченности с направлениями близкими к М||[ 111]. Воздействие наведенной анизотропии изменяет эту область. Компонента НА с константой F уменьшает её, а с константой G - расширяет. При малых значениях F и G слабо проявляются особенности действия компонент НА. Увеличение констант НА приводит к существенным изменениям в структуре ДГ, и как следствие - к различиям в спектрах поглощения ЯМР. При этом изменения разных участков ДГ при воздействии магнитного поля происходят неодинаковым образом, что приводит к изменению соотношений между амплитудами максимумов поглощения и к зависимости, не связанной с эффектами насыщения, от амплитуды магнитного поля.

В разделе 4.2 представлены результаты исследований сигналов ЯМР от планарных магнитных неоднородностей типа 0° ДГ, возникающих на месте

стабилизации 180° блоховской ДГ в кубических кристаллах с комбинированной магнитной анизотропией. Рассчитывались ЯМР сигналы магнитных неоднородностей при колебаниях намагниченности MHO в продольном радиочастотном поле. Рассмотрены зависимости формы линии поглощения ЯМР 0° ДГ от величины константы наведенной анизотропии и напряженности постоянного магнитного поля. Сигналы ЯМР 0° ДГ рассчитывались численно, учитывая изменения структуры магнитной неоднородности в постоянном магнитном поле.

Стабилизация 180° блоховской ДГ приводит'к появлению в плотности энергии анизотропии магнетика членов, явно зависящих от пространственной координаты. Так как описать структуру магнитной неоднородности, возникающей на месте стабилизации ДГ, аналитическим выражением невозможно, использовался метод изложенный в параграфе 4.1.

Структура MHO обусловлена особенностями наведенной анизотропии, которая для данной плоскости разворота вектора намагниченности может быть представлена как орторомбическая анизотропия с пространственно зависимыми параметрами, а значит и с пространственно изменяемыми легкими осями. Увеличение констант / и g (0<g<66) наведенной анизотропии, стабилизирующей 180° блоховскую ДГ, приводит к увеличению амплитуды (угла максимального отклонения от направления [111]) MHO. Увеличение внешнего магнитного поля уменьшает амплитуду MHO. В области значений g>66 существует новое решение, при котором амплитуда MHO скачкообразно увеличивается, и вектор намагниченности в центре MHO ориентируется вдоль направления, близкого к [1 11]. Постоянное магнитное поле, приложенное вдоль [111], уменьшает угол максимального отклонения в MHO. Для магнитных неоднородностей, образованных на месте стабилизации 180° ДГ наведенной анизотропией с компонентой g> 66, увеличение постоянного магнитного поля может вызвать переход между решениями, описывающими MHO с малой и большой амплитудой.

С увеличением констант наведенной анизотропии в магнитной неоднородности унедичинаются углы максимального отклонения от направления [111], это приводит к изменению зависимости частоты по ширине MHO.

Сигналы ЯМР однородно намагниченного вдоль направления [111] объема (/=0' и g=Q) от тетраэдрических позиций ядер железа формируются на v=0, а от октаэдрических - на v—2 и v=2/3. Влияние наведенной анизотропии на ЯМР сигналы MHO от мест стабилизации 180° ДГ проявляется в расщеплении сигналов (рис. 5) и изменении амплитуды поглощения.

2 1 о -1!-

4

-3

50

9'ки

100

100

100

Рис. 5. Зависимости частот максимумов поглощения магнитной неоднородности от констант наведенной анизотропии ¡> (а, б) и/(в, г) для тетраэдрических (а, в) и октаэдркчесхих (б, г) подрешегок. Кривые рассчитаны при значениях: <?=100, И'/Ки=0Л

2

При приложении постоянного магнитного поля, параллельного намагниченности в основном объеме образца, уменьшаются углы отклонения

намагниченности в магнитной неоднородности, и как следствие этого изменяются резонансные частоты максимумов поглощения. Для MHO, образованных от мест стабилизации 180° ДГ компонентой / (g=0) или g (0<g<66, f=0), характерно уменьшение по всей ширине MHO и

уменьшение амплитуды поглощения на всех резонансных частотах. Для MHO, образованной от места стабилизации 180° ДГ компонентой g в области значений 66<g<100 (f= 0) характерно резкое увеличение

<Л <р2> по ширине

неоднородности, а значит и увеличение амплитуды по всей полосе поглощения ЯМР.

Спектры ЯМР ДГ в пространственно неоднородном кубическом магнетике отличаются от спектров ЯМР ДГ, рассмотренных раннее.

В конце главы 4 обсуждаются полученные результаты и проводится сравнение с экспериментальными данными, резюмируются основные выводы главы.

В заключении изложены основные результаты исследований и выводы диссертации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертационной работе решена задача теоретического исследования формы линий поглощения ЯМР магнитных неоднородностей различного типа в пластинах и неограниченных образцах монокристаллов ферритов-гранатов. Проанализирован вклад каждой из подрешеток а- и d- ионов в форму линии поглощения ЯМР доменной границы в неограниченном кристалле феррита-граната. Изучены зависимости частот максимумов поглощения ЯМР ДГ от ориентации плоскости доменной границы. Получены формы линий поглощения ЯМР различного типа блоховских доменных границ. Детально изучено влияние процессов стабилизации доменных границ и действия внешнего магнитного поля на форму линии поглощения ЯМР магнитных неоднородностей.

Полученные в работе результаты развивают теорию ЯМР ДГ в кубических кристаллах и в кристаллах с комбинированной магнитной анизотропией. Проведенные исследования позволяют понять механизм формирования сигналов ЯМР доменных границ в ферритах-гранатах. Представленные в работе результаты могут быть использованы для интерпретации экспериментальных данных и проверки истинности теоретических моделей доменных структур, а также при проведении эксперимента.

ВЫВОДЫ.

1. Исследованы формы линий поглощения ЯМР блоховских ДГ в неограниченном кристалле феррита-граната. Показано, что отдельные подрешетки могут вносить вклад в сигналы ЯМР от различных участков или по всей ширине доменной границы. Частоты максимумов поглощения ЯМР ДГ определяются ориентацией границы относительно направлений в кристалле и типом границы. Форма линии поглощения ЯМР ДГ а- и <1- ионов отличны.

2. Впервые рассчитаны сигналы ЯМР ДГ в пластинах феррита-граната. Показано, что наведенная анизотропия изменяет соотношение амплитуд максимумов поглощения ЯМР ДГ. Изменение частот максимумов поглощения в форме линии ЯМР ДГ происходит при изменении ориентации плоскости границы относительно кристаллографических осей. В области СПФП происходит резкое изменение амплитуд максимумов поглощения ЯМР ДГ. В пластине (011) обнаружено, что для не-180° ДГ в угловых фазах возможно формирование максимума в форме линии ЯМР поглощения с!-подрешеток за счет неоднородности коэффициента усиления.

3. В пластине (011) исследованы устойчивые состояния всех возможных типов блоховских доменных границ. Показано, что переходы между различными типами доменных границ в зависимости • от параметров наведенной

анизотропии могут осуществляться как в результате фазовых переходов первого рода, так и второго рода.

4. Исследование процессов стабилизации на форму линии поглощения ЯМР 180° блоховской доменной границы показало, что значения частот максимумов поглощения ЯМР не зависят от параметров наведенной анизотропии. Абсолютная интенсивность ЯМР поглощения ДГ уменьшается с увеличением констант наведенной анизотропии и возрастает с увеличением амплитуды продольного РЧ поля. Изменения параметров наведенной анизотропии и величины напряженности РЧ поля приводят к относительному изменению соотношений амплитуд максимумов поглощения ЯMP ДГ.

5. Исследование формы линии поглощения ЯМР О11 доменной границы, возникающей на месте стабилизации 180° ДГ, позволяет сделать вывод о том, что наведенная анизотропия существенно изменяет форму сигнала ЯМР. Возрастание компонент НА / и g<66 приводит к увеличению абсолютного поглощения ЯМР на всех частотах и уширению полосы поглощения. Увеличение параметра g в области g>66 или напряженности внешнего поля напротив, приводит к уменьшению абсолютной интенсивности поглощения ЯМР 0° ДГ.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Сабитов P.M., Вахитов P.M., Фахретдинова P.C. Спин-переориентационные фазовые переходы и магнитные неоднородности в кристаллах с комбинированной анизотропией. // Динамика и статика доменной структуры в магнитоупорядоченных кристаллах. - Уфа, 1988. - С. 22-40.

2. Серегин C.B., Дорошенко P.A., Тимофеева В.А., Фахретдинова P.C. Фотоиндуцированное изменение ЯМР 57Fe в Y3Fe50i2- // Письма в ЖЭТФ. -1989. - Т.50, Вып.З. - С. 130-132.

3. Дорошенко P.A., Серегин C.B., Фахретдинова P.C. Особенности ЯМР поглощения в доменных границах иттриевого феррита-граната //

Статические и динамические свойства магнитоупорядоченных кристаллов. -Уфа, 1990.-С. 38-45

4. Дорошенко P.A., Серегин C.B., Фахретдинова P.C. Особенности формирования сигналов ЯМР в доменных границах иттриевого феррита-граната I/ Тез. докл. семинара по магнитоэлекгронике. - Симферополь, 1991. - С. 98.

5. Дорошенко P.A., Серегин C.B., Фахретдинова P.C. ЯМР спектры доменных границ в феррите-гранате иттрия // Тез. докл. XIII Всесоюзной школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники" - Астрахань, 1992.-С. 267-268.

6. Дорошенко P.A., Серегин C.B., Фахретдинова P.C. ЯМР спектры доменных

границ в иттрий-железистом гранате // Статика и динамика упорядоченных сред-Уфа, 1994. -С. 54-59.

7. Дорошенко P.A., Серегин C.B., Фахретдинова P.C. Спектры ЯМР 57Fe доменных границ кубических ферритов-гранатов при Kt>0. 11 Статика и динамика упорядоченных сред - Уфа, 1994. - С. 124-126.

8. Дорошенко P.A., Серегин C.B., Фахретдинова P.C. ЯМР спектры доменных границ в ферритах-гранатах с осями легкого намагничивания <100> // Тез. докл. XIV школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники". - М., 1994. - 4.1. - С. 66.

9. Дорошенко P.A., Серегин C.B., Фахретдинова P.C. Спектры ЯМР доменных границ в пластинах кубических ферритов-гранатов с перпендикулярной анизотропией.// Тез. докл. 1-й Объединенной конференции по магнитоэлектронике. - М., 1995. - С. 56-57.

10. Дорошенко P.A., Серегин C.B., Фахретдинова P.C. ЯМР доменных границ в ферритах-гранатах с одноосной анизотропией. // Тез. докл. XV Всероссийской школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники" - М., 1996. - С. 91-92.

11. Doroshenko R., Seregin S., Fachretdinova R. Nuclear magnetic resonance of domain wall in multiaxial magnet.// Abstracts ISF7. - Bordeaux, 1996.

12. Дорошенко P.A., Серегин C.B., Фахретдинова P.C. ЯМР спектры доменных границ в кубических феррогранатах // ФТТ. - 1996. - Т. 38, №12. - С. 36423646.

13. Фахретдинова P.C., Дорошенко P.A., Серегин C.B. ЯМР доменных границ в пластине (011) феррита-граната // Структурные, магнитоупругие и динамические эффекты в упорядоченных средах. - Уфа, 1997. - С. 132-139.

14. Дорошенко P.A., Серегин C.B., Владимиров И.В., Фахретдинова P.C. Влияние процессов стабилизации на сигналы ЯМР доменных границ в ферритах-фанатах // Научные труды Всероссийской научной конференции "Физика конденсированного состояния" - Стерлитамак, 1997. - С. 38-40.

15. Владимиров И.В., Дорошенко P.A., Серегин C.B., Фахретдинова P.C. Влияние процессов стабилизации на сигналы ЯМР 180° доменных границ в кубических кристаллах ферритов-гранатов // ФТТ. - 1998. - Т. 40, №4. - С.

16. Владимиров И.В., Дорошенко P.A., Серегин C.B., Фахретдинова P.C. Спектры ЯМР i7Fe магнитных неоднородностей типа 0° доменная граница в ферритах-гранатах // Труды 16 международной школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники", 4.1. - М., 1998. - С.288-289.

694-698.