Д.ф.м.н. Рандошкин В.В.
Институт
общей физики им. А.М.Прохорова Российской академии наук, Москва, Россия
Диффузная
доменная стенка и спин-волновой механизм ее движения в эпитаксиальных пленках
феррит-гранатов
В достаточно сильных
действующих магнитных полях Н,
приложенных вдоль оси легкого намагничивания (ОЛН) движущаяся доменная стенка
(ДС) излучает спиновые волны (СВ) [1-4]. В однородных магнитных пленках, как
показал Ходенков [3] нижняя и верхняя границы диапазона изменения Н, в котором излучаются СВ, определятся,
соответственно, соотношениями.
H* = (HK/3) [1 – (2Q)-1], (1)
H** = 2HK/3, (2)
где HK –
поле одноосной магнитной анизотропии, Q - фактор качества материала. Получено
экспериментальное подтверждение теоретических выводов [3].
В монокристаллической пленке
феррит-граната (МПФГ), выращенной методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ),
фундаментальная особенность процесса ЖФЭ – не стационарность начальной и
заключительной стадий эпитаксиального роста, приводит к формированию переходных
поверхностных слоев подложка/пленка и пленка/воздух, отличающихся по
химическому составу и физическим параметрам от основного объема пленки [4-6].
Наличие слоя с пониженной одноосной магнитной анизотропией приводит к
пропорциональному уменьшению значений H* и H** [3].
Диффузной называют
динамическую доменную стенку (ДС) в эпитаксиальных монокристаллических пленках
феррит-гранатов (МПФГ), изображение которой, регистрируемое с помощью магнитооптического
эффекта Фарадея при использовании высокоскоростной фотографии (ВСФ), уширено [7-13].
При фазовом
контрасте изображение диффузной ДС много шире, которой чем изображение ДС в статике.
Для
объяснения природы диффузной ДС выдвинуто предположение, что диффузная ДС
является просто наклонной [8-11]. Это предположение получило полное подтверждение
при исследовании методом ВСФ динамики доменов в неоднородной МПФГ (Bi,Gd,Tm)3(Fe,Ga)5O12 с
повышенным гиромагнитным отношением, толщиной h =
22.5 мкм, характеристической длиной l = 1.8 мкм, намагниченностью насыщения 4pMs = 230 Гс,
эффективным полем одноосной магнитной анизотропией
HK = 4pMs
= 3500 Э и фактором качества материала Q = 15.2 [14]. Ширина диффузной ДС в такой пленке достигала 200 мкм.
В
работе [15], где использовалась ВСФ с пространственным разрешением ~0.3 мкм и временным разрешением ~8 нс, позволяющая изучать в реальном масштабе времени неповторяющиеся
быстропротекающие процессы в МПФГ в диапазоне импульсных полей вплоть до 4000 Э обнаружено наличие критических
значений напряженности внешнего магнитного поля, которые разграничивают области
существования процессов перемагничивания МПФГ за счет движения ДС и за счет
неоднородного вращения векторов намагниченности. Экспериментально обнаружен
новый механизм движения ДС в сильных импульсных магнитных полях. Он заключается
в том, что в полях, больших некоторого критического значения Ни*, локальные
участки движущейся ДС генерируют так называемые «магнитные возмущения»,
опережающие ДС и оторванные от нее. С течением времени «магнитные возмущения»
трансформируются в микродомены, которые в дальнейшем, расширяясь и генерируя
вокруг себя эти «возмущения», сливаются с исходным доменом и т. д.
По мнению авторов [15],
«магнитные возмущения» являются магнитными солитонами, а использование отличной
от описанной методики может привести к ошибочной трактовке полученных в
эксперименте результатов. Заметим, что в работе [3], как и в работах [14,15], в
качестве источника подсветки использовался импульсный азотный лазер, излучение
которого преобразовывалось в видимое в кювете с красителем.
В работе [3] показано, что:
- «магнитными возмущениями», генерируемыми движущейся ДС и
опережающими ее, являются СВ;
- «магнитные возмущения»
трансформируются в микродомены в пучностях интерференционной картины СВ,
излучаемых квазипериодической искривленной ДС, которые являются центрами
зародышеобразования при неповторяющихся процессах импульсного перемагничивания;
- генерация
микродоменов не наблюдалась в
экспериментах при безразмерном параметре затухания Гильберта α > 0.15;
-
при α > 0.15 перед движущейся ДС
имеет место процесс неоднородного вращения векторов намагниченности,
воспринимаемый как диффузная ДС;
- с ростом α расстояние
от движущейся ДС, на котором затухают СВ, уменьшается, а диффузная ДС сужается.
Следует принять, что
безразмерный параметр затухания Гильберта не является константой материала, а
зависит, в частности, от напряженности постоянного магнитного поля,
приложенного в плоскости МПФГ [16.17]. Наличие ромбической магнитной
анизотропии (РМА) в плоскости МПФГ, как и приложение планарного магнитного
поля, вызывает возрастание эффективного значения параметра затухания α [18].
Заметим, что в МПФГ с достаточно сильной РМА зарождение микродоменов перед
движущейся ДС не происходит, а ширина диффузной ДС является анизотропной
величиной.
Уширение
изображения ДС происходит и из-за конечной длительности импульса подсветки при
использовании аппаратуры ВСФ [5]. Чтобы такое уширение при скорости движения ДС
V~100 м/с не превышало 1 мкм, длительность импульса подсветки
должна быть менее 10 нс, а при V~1000 м/с - 1 нс.
Литература
1. Г.Е.Ходенков. Излучение
спиновых волн при движении блоховской доменной границы в ферромагнетиках с
большой константой анизотропии. ФММ, 1975, т. 39, № 3, с. 466-467.
2. Ю.В.Иванов. Динамика
доменной границы в спин-волновом приближении. ЖЭТФ, 1981, т. 81, № 2, с.
612-626.
3. В.В.Рандошкин, В.Б.Сигачев.
О механизме зарождения микродоменов вблизи движущейся доменной стенки. ФТТ,
1986, т. 28, № 5, с. 1522-1525.
4. В.В.Рандошкин.
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, (Динамика современной науки - 2012), София, 2012, т. 12, с 17-20.
5. Владимир
Рандошкин. Динамика однохиральных доменных стенок. Импульсное перемагничивание
пленок феррит-гранатов. Lambert
Academic Publishing,
2011, 400 с.
6. В.В.Рандошкин. Переходные
поверхностные слои в эпитаксиальных пленках феррит-гранатов, выращенных из
разных растворов-расплавов. Materialy VIII Mezinarodny vȇdescko-prakticka conference “Aktualni vimozenosti vedy - 2012”, 27
cerрna – 05 cervencu 2012 rocu (Актуальные
научные достижения – 2012), Прага, 27 июня – 05 июля 2012, т. 20, c. 9-11.
7. G.J.Zimmer, T.M.Morris, K.Vural, F.B.Humphrey. Dynamic diffuse wall
in magnetic bubble garnet materials.
Appl. Phys. Lett., 1974, vol. 25, N 12, p/ 750-753.
8. T.Suzuki, L.Gal. Observation of fuzzi walls by sampling photography
in bubble garnet films. Japan. J. Appl. Phys., 1979, vol. 18, N 8, p.
1609-1610.
9. K.Vural, F.B.Humphrey. Dynamic wall deformation in bubble garnet
materials. J. Appl. Phys., 1980, vol. 51, N 1, p. 549-555.
10. Л.П.Иванов, А.С.Логгинов,
Г.А.Непокойчицкий, В.В.Рандошкин, Р.В.Телеснин. Диффузная доменная стенка в
пленках ферритов-гранатов. ФТТ, 1979, т. 21, № 6, с. 1868-1870.
11. V.G.Kleparski, I.Рiпtеr. Dоmаin wall widеniпg in hlgh drive
field. Phys. Stat. Sоl. (а), 1981, vоl. 67, N 1, p. К.29- К30.
12. В.Г.Клепарский, И.Пинтер.
Динамика диффузных доменных границ в пленках феррит-гранатов. ФТТ, 1982, т. 24,
№ 8, с. 2445-2450.
13. V.G.Kleparski, Pinter I., Zimmer G.J. Domain wall widening in high
drive fields. IЕEE Тrаns. Маgn., 1984, vоl. МАG-17, N 6, p. 2775-2777.
14. В.В.Рандошкин, М.В.Логунов.
Механизм формирования диффузной доменной
стенки. ФТТ, 1994, т. 36, № 6, с. 1770-1773.
15. Л.П.Иванов, A.C.Логгинов, Г.А.Непокойчицкий.
Экспериментальное обнаружение нового механизма движения доменных границ в
сильных магнитных полях. ЖЭТФ, 1983, т. 84, N 3, с. 1006-1021.
16. В.В.Рандошкин, М.В.Логунов. Влияние планарного магнитного поля на
динамику доменных стенок в пленках феррит-гранатов с малым затуханием. ФТТ,
1994, т. 36, № 12, с. 3498-3505.
17. В.В.Рандошкин. О
диссипации энергии при движении доменной стенки. Письма в ЖТФ, 1995, т. 21, №
23, с. 74-79.
18. 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.