Д.ф.м.н. Рандошкин В.В., д.ф.м.н. Салецкий А.М., к.ф.м.н. Усманов Н.Н., к.ф.м.н. Чопорняк Д.Б.

Московский государственный университет им. М. В .Ломоносова, Физический факультет, Москва, Россия

Импульсное перемагничивание эпитаксиальных пленок (Bi,Lu)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ с ориентацией (210) в отсутствие

планарного магнитного поля

Импульсному перемагничиванию монокристаллических пленок феррит-гранатов (МПФГ) различных составов с ориентацией (111), включая динамику доменных стенок (ДС), посвящены работы [1,2]. Изучены различные аспекты перемагничивания МПФГ (Bi,Lu)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ с ориентацией (210) в присутствие планарного магнитного поля [3-5].

Исследуемые МПФГ выращивали на подложках Gd₃Ga₅O₁₂ с ориентацией (210) из раствора-расплава на основе Bi₂O₃ - B₂O₃. Параметры магнитной анизотропии измеряли с помощью метода ферромагнитного резонанса ФМР на частоте ω/2π = 9.34 ГГц.

Импульсное перемагничивании МПФГ исследовали методом фотоотклика [3,5]. Сигнал фотоотклика характеризовали следующие параметры: время задержки перемагничивания t_df, длительность фронта t_f , время перемагничивания t_m, время задержки спада сигнала фотоотклика t_db, длительность спада t_b, время нахождения образца в намагниченном (монодоменном) состоянии t_sm. Эти параметры определяли следующим образом: t_df - на уровне 0.05 от амплитудного значения, t_{f ,}t_b - между уровнями 0.1 и 0.9, t_m, t_sm и t_db на уровне 0.95. Формирующиеся в процессе перемагничивания динамические доменные структуры наблюдали методом высокоскоростной фотографии (ВСФ) [6]. При этом источником подсветки служил импульсный лазер с длительностью импульса 10 нс и длиной волны излучения l = 510 нм.

Рис. 1. Зависимости времени нахождения образца в намагниченном состоянии t_sm (1), времени перемагничивания образца t_m (2) и времени задержки спада сигнала фотоотклика после окончания импульса магнитного поля t_db (3) от амплитуды импульса магнитного поля H_p в МПФГ с ориентацией (210 при длительности импульса магнитного поля t_p = 1050 нс.

На рис. 1 (кривая 1) показана зависимость времени нахождения образца в намагниченном состоянии t_sm от амплитуды импульса магнитного поля H_p, полученная при фиксированной длительности импульса магнитного поля. Величина t_sm возрастает с ростом H_p, при этом время перемагничивания образца уменьшается (рис. 1, кривая 2), а время задержки спада сигнала фотоотклика после окончания импульса магнитного поля увеличивается (рис. 1, кривая 3). Увеличение t_sm с ростом H_p в большей степени связано с увеличением t_db, и в меньшей степени – с уменьшением t_m, которое происходит как за счет уменьшения задержки перемагничивания t_df, так и за счет повышения скорости перемагничивания.

Рис. 2. Зависимости времени нахождения образца в намагниченном состоянии t_sm от длительности импульса магнитного поля t_p для МПФГ с ориентацией (210 для разных значений амплитуды перемагничивающего импульса H_p, Э: 1 – 45; 2 – 79; 3 – 107; 4 – 129.

На рис. 2 показаны зависимости времени нахождения образца в намагниченном состоянии t_sm от длительности импульса магнитного поля t_p, полученные для различных значений H_p. При амплитуде импульса магнитного поля незначительно превышающей величину, которая необходима для перевода пленки в монодоменное состояние, зависимость t_sm(t_p) линейная (рис. 2, кривая 1), причем прямая расположена под углом 45⁰ к оси абсцисс. Это соответствует тривиальному росту t_sm вследствие увеличения длительности импульса магнитного поля.

При увеличении амплитуды импульса магнитного поля вид кривой t_sm(t_p) изменяется: на ней появляется начальный участок более резкого возрастания t_sm (рис. 2, кривые 2-4). Это является следствием увеличения t_db с ростом H_p (рис. 1, кривая 3). Начальный участок кривых t_sm(t_p) в некотором диапазоне амплитуд H_p смещается по оси абсциcс. В этом диапазоне амплитуд H_p время t_db пропорционально времени воздействия импульса от момента перемагничивания t_m. При достаточно больших H_p не только наклон, но и положение начального участка кривой t_sm(t_p) не зависят от H_p. Это является следствием того факта, что t_db достигает насыщения (рис. 1, кривая 3).

Наблюдение процесса перемагничивания исследуемых МПФГ с помощью метода ВСФ показало, что он начинается формированием торцевой доменной стенки (ТДС), которая затем движется по толщине пленки, причем максимальная скорость ТДС в некотором диапазоне амплитуд линейно зависит от H_p. Тот факт, что на рис. 2 конечный участок кривых 2-4 смещен вверх относительно кривой 1 на одинаковую величину t_d свидетельствует о качественном изменении механизма перемагничивания МПФГ. При малых H_p и достаточно больших t_p ТДС достигает противоположной поверхности пленки, но не разрушается. После окончания импульса магнитного поля ее структура перестраивается, что и обусловливает задержку релаксации, а затем ТДС движется в противоположном направлении и разрушается в слое, где ТДС зародилась. При больших значениях H_p и достаточно больших t_p ТДС достигает противоположной поверхности пленки и разрушается, поэтому требуется дополнительное время t_d на ее зарождение. Поскольку конечные участки кривых 2-4 на рис. 2 совпадают, то это время не зависит от H_p, поскольку процесс релаксации определяется полем смещения. Движение ТДС было исследовано во всем диапазоне ее существования. Снизу он ограничен минимальным магнитным полем, в котором формируется ТДС, сверху – минимальным полем, в котором образуется так называемая волна опрокидывания магнитного момента.

Литература

1.Рандошкин В.В.. Импульсное перемагничивание пленок феррит-гранатов. I. Однородное магнитное поле. Дефектоскопия, 1996, № 1, с. 77-95.

2.Рандошкин В.В. Импульсное перемагничивание пленок феррит-гранатов. II. Динамика доменных стенок. Дефектоскопия, 1997, № 6, с .58-97.

3.Рандошкин В.В., Салецкий А.С., Усманов Н.Н. Релаксация при импульсном перемагничивании монокристаллических пленок (Bi,Lu)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ с ориентацией (210). ФТТ, 2002, т. 44, № 4, с. 717-719.

4.Рандошкин В.В., Салецкий А.С., Усманов Н.Н., Чопорняк Д.Б. О скорости движения торцевой доменной стенки в монокристаллических пленках (Bi,Lu)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ с ориентацией (210). ФТТ, 2002, т. 44, № 5, с. 862-863.

5.Рандошкин В.В., Салецкий А.С., Усманов Н.Н., Чопорняк Д.Б. Импульсное перемагничивание монокристаллических пленок (Bi,Lu)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ с ориентацией (210) в присутствии планарного магнитного поля. ФТТ, 2004, т. 46, № 3, с. 461-465.

6.Рандошкин В.В. Развитие визуальных методов исследования динамических свойств эпитаксиальных пленок феррит-гранатов с одноосной магнитной анизотропией. Динамика научных исследований – 2012, Перемышль, 07 – 15 июля 2012, т. 22, с. 70-78.