Д.ф.м.н. Рандошкин В. В.

Институт общей физики им. А.М.Прохорова Российской академии наук, Россия

Спин-волновой механизм движения при однонаправленной анизотропии скорости доменных стенок в пленках (Bi,Y,Lu,Pr)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ с ориентацией (210)

В одноосных магнитных пленках спин-волновой механизм движения доменных стенок (ДС) имеет место, если действующее магнитное поле Н находится в диапазоне [1-4]:

H_K/3 ≤ H ≤ 2H_K/3, (1)

где H_K – поле одноосной магнитной анизотропии. Соотношение (1) нашло подтверждение в экспериментах, проведенных на монокристаллических пленках феррит-гранатов (МПФГ) с ориентацией (111), в которых магнитострикционная и ростовая компоненты анизотропии в переходном поверхностном слое компенсируют друг друга. При наличии ярко выраженного переходного поверхностного слоя с пониженной магнитной анизотропией в соотношение (1) следует подставлять значения H_K для этого слоя.

При малом безразмерном параметре затухания α спин-волновой механизм движения проявляется как генерация микродоменов перед движущейся ДС, а пи α > 0.15 – как формирование диффузной ДС.

Приложение постоянного магнитного поля плоскости МПФГ с ориентацией (111), не содержащих быстро релаксирующих ионов (при малом α), приводит к подавлению генерации микродоменов перед движущейся ДС [5]. К такому же результату приводит наличие в МПФГ ромбической магнитной анизотропии (РМА) [6-9].

В настоящей работе изучается спин-волновой механизм движения ДС в МПФГ (Bi,Y,Lu,Pr)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ ориентацией (210). Празеодим в состав МПФГ вводили для снижения одноосной магнитной анизотропии [10], лютеций – для согласования параметров кристаллических решеток МПФГ и подложки Gd₃Ga₅O₁₂.

Рис. 1. Азимутальные зависимости полей исчезновения доменной структуры H_нас (1) и поворота плоскости поляризации H_Ф (2), планарной H_пл* (3) и нормальной H_см* (4) компонент магнитного поля при однородном зарождении доменной структуры в МПФГ (Bi,Y,Lu,Pr)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ ориентацией (210).

Параметры магнитной анизотропии измеряли методом однородного зарождения доменной структуры [11]. Динамику ДС изучали методом перемагничивания [12] с использованием высокоскоростной фотографии [13].

На рис. 1 приведены азимутальные зависимости полей исчезновения доменной структуры и поворота плоскости поляризации а также планарной и нормальной компонент магнитного поля при однородном зарождении доменной структуры.

К МПФГ прикладывали планарное магнитное поле вдоль трех азимутальных направлений (рис. 2 – рис. 4). Внизу каждого рисунка изображены характерные формы динамических доменов.

Рис. 2. Зависимости минимальной V_мин (1) и максимальной V_макс (2, 3) скоростей участков ДС при действующем магнитном поле Н = 160 Э от планарного магнитного поля Н_пл, приложенного вдоль направления, где имеет место однонаправленное повышение скорости ДС при Н_пл =0 в МПФГ (Bi,Y,Lu,Pr)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ ориентацией (210).

Сначала магнитное поле прикладывали вдоль направления, где при Н_пл = 0 имеет место однонаправленная анизотропия скорости ДС (рис. 2). При Н_пл ≈ -190 и +970 Э форма динамического домена, зарождающегося на точечном дефекте, является круговой (ЦМД). При Н_пл ≈ -100 и +15 Э наблюдается однонаправленная анизотропия скорости ДС. При Н_пл ≈ 300 и 470 Э однонаправленное повышение скорости ДС происходит с противоположной стороны динамического домена, а при Н_пл ≈ 700 Э имеет место однонаправленное понижение скорости ДС.

Далее магнитное поле прикладывали перпендикулярно направлению, где при Н_пл = 0 имеет место однонаправленная анизотропия скорости ДС (рис. 3). При Н_пл ≈ -1300 … -50 Э динамический домен является эллиптическим [14]. При Н_пл ≈ -40 и +30 Э имеет место однонаправленное повышение скорости ДС. При Н_пл ≈ 95 Э однонаправленное повышение скорости ДС наблюдается с противоположных сторон динамического домена, а при Н_пл ≈ 195 Э он становится практически круговым.

Рис. 3. Зависимости минимальной V_мин (1) и максимальной V_макс (2, 3) скоростей участков ДС при действующем магнитном поле Н = 160 Э от планарного магнитного поля Н_пл, приложенного перпендикулярно направлению, где имеет место однонаправленное повышение скорости ДС при Н_пл = 0 в МПФГ (Bi,Y,Lu,Pr)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ ориентацией (210).

Наконец. планарное магнитное поле прикладывали вдоль направления, когда происходит однородное зарождение доменной структуры (рис. 4). При Н_пл ≈ -145 и +210 Э цилиндрическая форма динамического домена имеет незначительные пространственные искажения, которые происходят с его противоположных сторон. При Н_пл ≈ -20 имеет место однонаправленное повышение скорости ДС, а при Н_пл ≈ 80 Э однонаправленное повышение скорости ДС наблюдается с противоположных сторон динамического домена

Полученные при исследовании МПФГ (Bi,Y,Lu,Pr)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ ориентацией (210) экспериментальные результаты находят полное подтверждение в рамках спин-волнового движения ДС [1], если учесть азимутальную зависимость пороговых полей излучения спиновых волн в МПФГ с РМА [6].

Рис. 4 Зависимости минимальной V_мин (1) и максимальной V_макс (2, 3) скоростей участков ДС от действующего магнитного поля Н = 160 Э от планарного магнитного поля Н_пл, приложенного под углом 53⁰ к направлению, где имеет место однонаправленное повышение скорости ДС при Н_пл = 0.

На рис. 2 спин-волновой механизм движения ДС проявляется при Н_пл ≈ -13 … 700 Э, причем однонаправленное понижение скорости ДС следует интерпретировать как однонаправленное повышение скорости ДС во всем диапазоне азимутальных углов, кроме выделенного направления. На рис. 3 спин-волновой механизм движения ДС проявляется при Н_пл ≈ -40 … 36 Э, а на рис. 4 он имеет место во всем исследованном диапазоне планарных магнитных полей

Список литературы

1. Рандошкин В.В., Сигачев В.Б. О механизме зарождения микродоменов вблизи движущейся доменной стенки. ФТТ, 1986, т. 28, № 5, с. 1522-1525. 2. 2. Рандошкин В.В. Особенности движения доменных стенок с излучением спиновых волн. ФТТ, 1995, т. 37, № 10, с. 3056-3073.

3. Рандошкин В.В. Об однонаправленной анизотропии скорости доменных стенок в пленках феррит-гранатов. Известия ВУЗов. Физика, 1997, № 9, с. 45-48.

4. Владимир Рандошкин. Динамика однохиральных доменных стенок. Импульсное перемагничивание пленок феррит-гранатов. Lambert Academic Publishing, 2011, 400 с.

5. Логунов М.В., Рандошкин В.В. Влияние планарного магнитного поля на динамику доменных стенок. ФТТ, 1994, т. 36, № 12, с. 3498-3505.

6. Логунов М.В., Рандошкин В.В., Сажин Ю.Н. Динамические домены в пленках (Y,Lu,Pr,Bi)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ с ориентацией (210). ФТТ, 1990, т. 32, № 5, с. 1456-1460.

7. Рандошкин В.В. Особенности проявления спин-волнового механизма движения доменных стенок в пленках ферритов-гранатов с ромбической магнитной анизотропией. ФТТ, 1997, т. 39, № 8, с. 1421-1427.

8. Рандошкин В.В. О диссипации энергии при движении доменной стенки. Письма в ЖТФ, 1995, т. 21, № 23, с. 74-79.

9. Логунов М.В., Рандошкин В.В., Сажин Ю.Н. Импульсное перемагничивание эпитаксиальных пленок (Y,Lu,Pr,Bi)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ с ромбической анизотропией. Письма в ЖТФ, 1990, т. 16, № 12, с. 68-72.

10. Рандошкин В.В. О диссипации энергии при движении доменной стенки. Письма в ЖТФ, 1995, т. 21, № 23, с. 74-79.

11. Hubert A., Malozemoff A.P., De Luca J.C. Effect of cubic. tilted uniaxial, and orthorhombic anisotropies on homogeneous nucleation in a garnet bubble films. J. Appl. Phys., 1974, vol. 45, N 8, p. 3562-3571.

12. Рандошкин В.В. Метод измерения скорости доменных стенок в пленках феррит-гранатов. ПТЭ, 1995, № 2, с. 155-161.

13. Логунов М.В., Рандошкин В.В., Сигачев В.Б. Универсальная установка для исследования динамических свойств ЦМД-материалов. ПТЭ, 1985, № 5, с. 247-248.

14. Иванов Л.П.,.Логгинов А.С, Морченко А.Т., Непокойчицкий Г.А., Рандошкин В.В., Телеснин Р.В. Эффект переключения направления эллиптических искажений ЦМД. ЖТФ, 1980, т. 50, № 2, с. 404-406.