Физика/2.Физика твердого тела.

К.т.н. Хвалин А.Л.

Саратовский государственный университет, Россия

Магнитная микроструктура полосовых доменов в плёнках железо- иттриевого граната.

При разработке ряда устройств на эпитаксиальных плёночных структурах (ЭС) железо- иттриевого граната (ЖИГ) необходимо исследовать условия возникновения полосовой доменной структуры (ПДС) [1].

На рис.1 показана фотография ПДС в образце ЭС ЖИГ толщиной 10 мкм (кристаллографические индексы [111], намагниченность насыщения Гс), полученная экспериментально в НИИ Материаловедения, г.Зеленоград. Следует обратить внимание на «тонкую структуру» ПДС (ТС), которая проявляется в виде тонких тёмных поперечных полос на светлом фоне ПДС, и, очевидно, связана с наличием микродоменов, имеющих различные нормальные составляющие векторов намагниченности. ТС до настоящего времени исследована недостаточно в связи с трудностями её экспериментального наблюдения, отсутствуют также и теоретические модели этого явления.

Рис.1 Фотография ПДС в ЭС ЖИГ толщиной 10 мкм.	Рис.2 Модель ПДС с разбиением на элементарные объёмы

В настоящей работе предлагается подход, позволяющий объяснить появление ТС в рамках единой обобщённой модели ПДС [2]. В отличие от известных подходов, метод позволяет в явном виде учесть и оптимизировать магнитную микроструктуру ферромагнетика, поскольку ферромагнетик представляется в виде системы магнитных диполей (векторов магнитных моментов М в элементарных объёмах на рис.2), направления которых можно задавать независимо друг от друга.

Рис.3 Магнитный момент М элементарного объёма.

Ориентация вектора М задаётся с помощью углов (азимутального и полярного на рис.3, индексы i,j,k связаны с координатными осями X,Y,Z, соответственно. Отклонение вектора М от исходного направления задаётся углами в горизонтальной плоскости и вертикальной плоскости . В результате решения задачи оптимизации с изменением направлений векторов магнитных моментов (рис.1) предложена обобщённая модель микродоменной структуры, в которой азимутальный и полярный углы определяются следующим образом: ,. Проекции векторов магнитных моментов для обобщённой модели ПДС показаны на рис.4.

а)

б)

в)

Рис.4 Проекции векторов магнитных моментов в плоскостях: а) XOY; б) XOZ; в) ZOY.

а)	б)
Рис.5 Распределение магнитостатических зарядов в моделях ПДС (показаны знаками «+» и «-»): а) по [1]; б) по обобщённой модели.

На рис.5 показано пространственное распределение магнитостатических зарядов в традиционной и обобщённой моделях ПДС. Традиционная модель [1] предполагает отклонение векторов магнитных моментов (показаны стрелками) от оси ОХ только в плоскости ZОХ. Однако из рис. 5 а) видно, что на поверхностях плёнки ЖИГ при этом должны появиться нескомпенсированные магнитостатические заряды, что не учитывается в модели [1]. Результаты численных экспериментов по обобщённой модели и качественные рассуждения на основе рис. 5 позволяют сделать вывод о необходимости введения чередующихся отклонений векторов магнитных моментов в микродоменах от оси ОХ в обеих плоскостях: ZОХ и XOY, что, очевидно, приводит к уменьшению магнитостатической энергии ПДС.

При увеличении толщины ЭС соответствующие углы в полярной плоскости ZOX увеличиваются. Возникновение нормальных составляющих векторов намагниченности в ТС можно объяснить наклоном оси лёгкого намагничивания (ОЛН) к плоскости ЭС в плёнках ЖИГ типа [111]. Также можно предположить, что периодичность ТС связана с периодичностью магнитной структуры ЭС в направлении вдоль полосовых доменов.

Автор выражает благодарность д.ф.-м.н. Тихонову В.В. за предоставленные результаты экспериментальных исследований и полезные теоретические замечания по предложенной модели ПДС.

Список литературы:

1. С.Тикадзуми Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические применения: Пер.с японского.- М.: Мир, 1987.-419 с.

2. А.Л. Хвалин Магнитостатические модели 180-градусных доменных границ в одноосных пленках ЖИГ Антенны 2011, №11, с.51-57.