Д.ф.м.н. Рандошкин В.В.

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

Параметр затухания в Tm-содержащих эпитаксиальных монокристаллических пленках феррит-гранатов

Ионы Tm³⁺ среди быстрорелаксирующих редкоземельных ионов вносят наименьшее затухание [1[, благодаря чему, в частности, кроме монокристаллических пленок феррит-гранатов (МПФГ), не содержащих быстрорелаксирующих ионов, только в Tm-содержащих МПФГ имеет место генерация микродоменов перед движущейся ДС [1-3], что связывают со спин-волновым механизмом движения ДС [4-6]. Заметим, что именно при исследовании МПФГ (Bi,Gd,Tm)₃(Fe,Ga)₅O₁₂, выращенных из одного и того же раствора-расплава при одинаковых условиях роста, включая температуру роста Т_g и скорость вращения подложки, с помощью метода высокоскоростной фотографии (ВСФ) [7] было получено доказательство [8] достижения в МПФГ уокеровской предельной скорости ДС [9], характерной для безграничного ферромагнетика. Кроме того, было показано, что в Gd-содержащих феррит-гранатах эффективное значение гиромагнитного отношения определяется соотношением [8]:

g = g₀ (M_Fe + M_Gd + M_R) / (M_Fe + M_Gd),

где g₀ – гиромагнитное отношение ионов Fe³⁺ где M_Gd и M_R - части намагниченности додекаэдрической подрешетки, обусловленные ионами Gd³⁺ и быстрорелаксирующими ионами R³⁺, соответственно, M_Fe - суммарная намагниченность додекаэдрической и октаэдрической подрешеток, обусловленная ионами Fe³⁺.

Диссипативные свойства МПФГ наиболее адекватно характеризует приведенный параметр затухания Ландау-Лившица Λ, не зависящий от других магнитных параметров материала [10]. Эти свойства часто характеризуют безразмерным параметром затухания Гильберта α:

α = Λγ/M_s,

где 4πM_s - намагниченность насыщения. Величину α определяют из экспериментов по ферромагнитному резонансу (ФМР) или по динамике доменных стенок (ДС) [11].

Уровень замещения Fe немагнитными ионами, обеспечивающий выращивание МПФГ (Bi,Tm)₃Fe_5-tGa_tO₁₂ с компенсацией магнитного момента (КММ) и компенсацией момента импульса (КМИ) определяли методом перемагничивания [12] с использованием ВСФ. Выращивали МПФГ (Bi,Tm)₃Fe_5-tGa_tO₁₂ с разным содержанием ионов Ga, которое варьировали изменением в растворе-расплаве мольного отношения R₂ = Fe₂O₃/Ga₂O₃ при незначительном варьировании концентрации Bi₂O₃ и Tm₂O₃, а также температуры роста Т_g. Точке КММ соответствует t »1,25, а точке КМИ - t »1,37. Для МПФГ (Bi,Tm)₃(Fe,Ga)₅O₁₂, выращенных из раствора-расплава на основе Bi₂O₃ - Na₂CO₃ при температуре Т_g = 880 ¸ 890 ⁰C, наибольшая скорость ДС реализуется при R₂ = 6.12 и Bi₂O₃/Na₂CO₃ = 49.4.

Как известно [2,13], Кривая V(H) может состоять из двух линейных участков, между которыми при α < 1 расположен нелинейный участок. Первый линейный участок, который заканчивается при H = H_cr и V = V_cr, характеризуется начальной подвижностью μ, второй – дифференциальной подвижностью μ₀ < μ. Динамические параметры исследованных Tm-содержащих МПФГ сведены в таблицу, где H_cr и V_cr – значения магнитного поля и скорости ДС, которыми заканчивается начальный линейный участок зависимости скорости ДС V от действующего магнитного поля Н.

Таблица.

Динамические параметры МПФГ (R,Bi)₃(Fe,Ga)₅O₁₂

с ориентацией (111)

№ п/п	R	Hcr, Э	Vcr, м/с	μ, м/(с Э)	μ0, м/(с Э)	α	Нелинейный участок
1.	Tm	113	1200	10.7	5.6	1.04	-
2.	Tm	148	845	5.70	4.95	2.57	-
3.	Gd,Tm	58	535	9.0	4.6	1.02	-
4.	Gd,Tm	37	360	9.6	2.6	0.61	+
5.	Gd,Tm	21	310	10.2	1.6	0.44	+
6.	Gd,Tm	63	580	9.24	4.2	0.91	+
7.	Gd,Tm	120	1320	11.0	8.15	1.69	-

Литература

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

2. 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.

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

4. 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.

5. Рандошкин В.В. Спин-волновой механизм движения доменных стенок в эпитаксиальных пленках феррит-гранатов с одноосной магнитной анизотропией. Материали за VIII Международна научна практична конференция «Динамиката на съвременната наука - 2012», 17 – 25 июли 2012, том 12, София, 2012, с 17-20.

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

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

8. Рандошкин В.В., Сигачев В.Б. Экспериментальная проверка одномерной теории движения доменных стенок в одноосных ферромагнетиках. Письма в ЖЭТФ, 1985, т. 42, № 1, с. 34-37.

9. 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.

10. Рандошкин В.В. Параметры затухания в монокристаллических пленках феррит-гранатов. Материали за VIII Международна научна практична конференция «Найновите постижения на европейската наука - 2012», 17 – 25 июня 2012, том 18, София, 2012, с. 46-47.

11. Рандошкин В.В., Старостин Ю.В. Методы измерения параметров материалов-носителей цилиндрических магнитных доменов. Радиоэлектроника за рубежом. НИИЭИР, 1982, № 18, с. 1-57.

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