Д.ф.м.н. Рандошкин В.В.

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

e-mail: randoshkin_v@mail.ru

Спин-волновой механизм движения доменных стенок в эпитаксиальных пленках феррит-гранатов с одноосной магнитной анизотропией

Монокристаллические пленки феррит-гранатов (МПФГ), выращиваемые методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) из переохлажденного раствора-расплава [1,2], благодаря своей высокой изоморфной емкости являются уникальными объектами для исследования динамики доменных стенок (ДС). Эпитаксиальные МПФГ с ориентациями (111), (110) и (210) обладают одноосной магнитной анизотропией с осью легкого намагничивания (ОЛН), перпендикулярной плоскости пленки. Движение ДС в МПФГ вызывают, прикладывая вдоль ОЛН импульсное магнитное поле Н_имп. Под действием этого поля происходит изменение намагниченности пленки, обязательно включающее движение ДС или неоднородное вращение намагниченности.

Изменение намагниченности в ферромагнетике описывают с помощью уравнения Ландау-Лифшица-Гильберта [2-4]. Для случая движения ДС в безграничном магнитоодноосном ферромагнетике уравнение ЛЛГ было аналитически решено Уокером [5]. Показано, при стационарном движении скорость ДС V линейно увеличивается с ростом магнитного поля H и определены их значения V_W и H_W, при которых имеет место срыв стационарного движения ДС. При H > H_W кривая V (H) лежит ниже продолжения ее начального линейного участка, при этом дифференциальная подвижность ДС меньше начальной. В магнитоодноосных пленках срыв стационарного движения ДС происходит в полях H < H_W [4].

Теория [6,7] предсказывает, что в полях много выше уокеровского порога движущаяся ДС излучает спиновые волны (СВ), т.е. реализуется спин-волновой механизм движения ДС. Как показал Ходенков [7,8], излучение СВ имеет место в диапазоне полей Н_К/3 ≤ Н ≤ 2Н_К/3, что подтверждено экспериментально [2,8] для МПФГ с повышенной однородностью поля одноосной магнитной анизотропией Н_К, а интенсивность излучения СВ максимальна, когда Н = Н_К/2 [7].

Мы полагаем, что спин-волновой механизм движения ДС имеет место не только в магнитоодноосных МПФГ с ориентацией (111), но и в МПФГ с ориентациями (110) и (210), обладающих, кроме одноосной, и ромбической магнитной анизотропией (РМА).

Проявление спин-волнового механизма в МПФГ с ориентацией (111) зависит от значения безразмерного параметра затухания Гильберта α. Эксперименты [2,8] показали, что при α ≥ 0.15 излучение СВ приводит, за редким исключением [9], только к уширению изображения движущейся ДС. При этом дифференциальная подвижность ДС возрастает, что впервые наблюдалось в работе [10].

Заметим, что ДС, изображение которой уширено, принято называть диффузной [2], однако формирование диффузной ДС может быть связано и с другими причинами [11].

В МПФГ с ориентацией (111) и малым затухании ДС в полях ниже порога излучения СВ испытывает изгибные искажения [2]. Непрямолинейность ДС, излучающей СВ, приводит к возникновению пучностей СВ, в которых зарождаются микродомены, которые в дальнейшем

сливаются с исходной ДС. Генерация микродоменов, названных авторами «магнитными возмущениями» впервые наблюдалась авторами работ [12,13], По нашему мнению, магнитными возмущениями в этом случае являются СВ.

Генерация микродоменов перед движущейся ДС подавляется приложением постоянного магнитного поля Н_пл в плоскости пленки, много меньшего поля одноосной магнитной анизотропии [2,14]. При этом по мере роста Н_пл вид зависимости V(H_и) изменяется так, как будто одновременно с Н_пл возрастает значение α [15]. Другими словами, безразмерный параметр затухания Гильберта нельзя считать параметром магнитного материала.

Наименьшим α обладают МПФГ, не содержащие в своем составе быстрорелаксирующих ионов. К их числу относятся пленки составов (Y,Lu,Bi)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ и (Y,Bi)₃(Fe,Ga)₅O₁₂. Однако в МПФГ (Y,Lu,Bi)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ с ориентацией (110) [16] и (Y,Bi)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ с ориентацией (210) [17], обладающих РМА, генерация микродоменов перед движущейся ДС никогда не наблюдалась, а имело место анизотропное уширение изображения движущейся ДС [2].

Мы полагаем, что наличие анизотропии в плоскости МПФГ с ориентациями (110) и (210), как и приложение постоянного магнитного поля в плоскости пленок с ориентацией (111), приводит к увеличению параметра затухания α. В МПФГ с ориентацией (111) поле одноосной магнитной анизотропии (пороговое поле вращения намагниченности) является изотропной величиной.

В случае ориентаций пленок (110) и (210) пороговое поле вращения намагниченности и, как следствие, пороговое поле излучения СВ, а также ширина диапазона полей Н_и, в котором имеет место излучение СВ, становятся зависящими от азимутального угла φ. При этом ярко выражена азимутальная зависимость скорости ДС. В этом случае удается объяснить многообразие форм динамических доменов в МПФГ с ориентациями (110) и (210) в рамках спин-волнового механизма движения ДС [18,19].

Литература

1. Дудоров В.Н., Рандошкин В.В., Телеснин Р.В. Синтез и физические свойства монокристаллических пленок редкоземельных феррит-гранатов, УФН, 1977, т. 122, № 2, с. 253-293.

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

3. Гуревич А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. М.: Наука, 1973, 592 с.

4. Малоземов А., Слонзуски Дж. Доменные стенки в материалах с цилиндрическими магнитными доменами. Пер. с англ., М.: Мир, 1982, 382 с.

5. Walker L.R., не опубл.: процит. Dillon J.F.,Jr., в книге: Magnetism. Vol. III, eds. G.T.Rado and H Shul., Acad. Press, New York, 1963, р. 450-453.

6. Иванов Ю.В. Динамика доменной границы в спин-волновом приближении. ЖЭТФ, 1981, т. 81, № 2, с. 612-626.

7. Ходенков Г.Е. Излучение спиновых волн при движении блоховской доменной границы в ферромагнетиках с большой константой анизотропии. ФММ, 1975, т. 39, № 3, с. 466-467.

8. Рандошкин В.В., Сигачев В.Б. О механизме зарождения микродоменов вблизи движущейся доменной стенки. ФТТ, 1986, т. 28, № 5, с. 1522-1525.

9. Рандошкин В.В., Сигачев В.Б. Динамика доменных стенок в тулий-содержащих пленках вблизи точки компенсации момента импульса. ФТТ, 1990, т. 32, № 1, с. 246-253.

10. Телеснин Р.В., Рандошкин В.В., Зимачева С.М. Исследование движения доменных стенок в пленках ферритов-гранатов. ФТТ, 1977, т. 19, № 3, с. 907-909.

11. Рандошкин В.В., Логунов М.В. Механизм формирования диффузной доменной стенки. ФТТ, 1994, т. 36, № 6, с.1770-1773.

12. Иванов Л.П., Логгинов А.С., Непокойчицкий Г.С. Экспериментальное обнаружение магнитных возмущений, генерируемых доменной границей в процессе движения. Препринт № 4/1982. МГУ им. М.В.Ломоносова, Физический факультет, М., 1982, 5 с.

13. Иванов Л.П., Логгинов А.С., Непокойчицкий Г.С. Экспериментальное обнаружение нового механизма движения доменных границ в сильных магнитных полях. ЖЭТФ, 1983, т. 84, № 3, с. 1006-1021.

14. Рандошкин В.В., Логунов М.В. Влияние планарного магнитного поля на динамику доменных стенок в пленках феррит-гранатов с малым затуханием. ФТТ, 1994, т. 36, № 12, с. 3498-3505.

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

16. Рандошкин В.В., Сигачев В.Б., Чани В.И., Червоненкис А.Я. Динамика доменных стенок в пленках (Y,Lu)₁Bi₂(Fe,Ga)₅O₁₂ с орторомбической анизотропией. ФТТ, 1989, т. 31, № 7, с. 70-76.

17. 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.

18. Рандошкин В.В. Особенности движения доменных стенок с излучением спиновых волн. ФТТ, 1995, т. 37, № 10, с. 3056-3073.

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