Д. ф. м. н. Рандошкин В. В.

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

Метод для исследования движения

доменных стенок с излучением спиновых волн

В монокристаллических пленках феррит-гранатов (МПФГ) в магнитных полях, сравнимых с полем одноосной магнитной анизотропии, действует механизм движения доменных стенок (ДС) с излучением спиновых волн (СВ) [1-5]. Мы полагаем, что этот же механизм реализуется в пленках и других магнитных материалов. В частности, при исследовании динамики ДС плоских доменов в пленках Fe – Ni –Co получено экспериментальное подтверждение [6] спин-волнового механизма движения ДС, включая совпадение с теоретически предсказанным значением порогового поля излучения СВ (начало участка с повышенной дифференциальной подвижностью на зависимости скорости ДС V от магнитного поля H), а также наличие пространственных искажений движущейся ДС.

В МПФГ некоторые динамические эффекты, связанные с излучением СВ движущейся ДС, в частности, пространственные искажения движущейся ДС наблюдаются в относительно узком интервале действующих магнитных полей Н. Чтобы результаты развития этих эффектов стали наблюдаемыми, необходимо постоянство Н в течение достаточно большого времени. Как следствие, наиболее пригодным для исследования этих эффектов является метод перемагничивания (рис. 1) [7-9], который обеспечивает постоянство Н и высокую точность измерений благодаря большим размерам доменов с обратной намагниченностью (ДОН).

В методе перемагничивания, в котором исходным является однородно намагниченное состояние МПФГ, а домены, динамика ДС которых исследуется, зарождаются на точечных или линейных дефектах в процессе действия того же перемагничивающего импульса, все ДС зарождающихся ДОН имеют одинаковую хиральность [10], и в них самопроизвольно не образуются вертикальные блоховские точки (ВБЛ), поскольку при столкновении ДС зарождающихся ДОН не наблюдается разрывы полосовых доменов, как в работе [11].

Рис. 1. Временные зависимости поля смещения H_см, амплитуды импульса Н_и, и суммарного магнитного поля Н_вн в методе перемагничивания. Стрелкой указано статическое поле коллапса ЦИД H₀ [9].

Рис. 2. Нормальная (а,б), искаженная (в-д) и уширенная (е) ДС динамического ДОН, зарождающего на точечном дефекте при импульсном перемагничивании МПФГ (Bi,Gd,Tm)₃(Fe,Ga)O₁₂ при действующем магнитном поле Н = 134 (а,б), 223 (в-д) и 322 Э (е) в моменты времени t = 0,2 (а,в,е), 0,3 (б,г) и 0,4 мкс (д) после приложения перемагничивающего импульса [12].

В методе перемагничивания для исключения влияния на результаты измерений дефекта, на котором зарождается ДОН (рис. 2), измерения начинают проводить при удалении ДС от центра зародышеобразования на расстояние ≥100 мкм.

Для исследования динамики доменов наиболее пригоден метод высокоскоростной фотографии (ВСФ) и близкие к нему методы [13-31]:

- стробоскопический метод (используется при изучении повторяющихся динамических процессов) [14,15];

- метод многократной ВСФ [16-19] (используется при изучении неповторяющихся динамических процессов);

- метод электронно-оптической хронографии [20,21] (используется для получения временных разверток одномерных изображений при изучении повторяющихся и неповторяющихся динамических процессов).

Заметим, что впервые ВСФ применялась для исследования пермаллоевых пленок [13], а участок с повышенной дифференциальной подвижностью на кривой V(H) наблюдался методом электронно-оптической хронографии [20].

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

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

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

[5]. В. В. Рандошкин. Спин-волновой механизм движения доменных стенок в эпитаксиальных пленках феррит-гранатов с одноосной магнитной анизотропией. Материалы VIII Международной научно-практической конференции «Динамика современной науки - 2012», 17 – 25 июля 2012, Болгария, София, 2012, т. 12, с. 17-20.

[6]. Б. В. Гаврилюк. Динамические свойства границ плоских доменов в Fe – Ni –Co пленках. Дисс. канд. физ.-мат. наук, Иркутск, 1987, 149 с.

[7]. В. В. Рандошкин. Авторское сваиетельство СССР № 1788523. Способ В. В. Рандошкина измерения скорости доменных стенок в магнитоодноосной доменосодержащей пленке.

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

[9]. В. В. Рандошкин. Методы исследования динамических свойств пленок феррит-гранатов (обзор). Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 1996, т. 62, № 9, с. 32-47.

[10]. Н. Н. Куделькин, А. М. Прохоров, В. В. Рандошкин, Р. В. Телеснин, М. И. Тимошечкин. Механизмы импульсного перемагничивания пленок феррит-гранатов. Доклады АН СССР, 1985, т. 281, № 4, с. 848-851.

[11]. Л. П. Иванов, А. С. Логгинов, Рандошкин, Р. В. Телеснин, М. И. Тимошечкин. Исследование процесса зарождения решетки ЦМД в пленках ферритов-гранатов Микроэлектроника, 1977, т. 6, № 2, с. 199-201.

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

[13]. M. H. Kryder, F. B. Humphrey. Dynamic Kerr observation of high-speed flux reversal and relaxation processes in permalloy thin films. J. Appl. Phys., 1969, vol. 40, № 6, р. 2469-2474.

[14]. G. P. Vella-Coleiro, T. J. Nelson. Stroboscopic observation of magnetic bubble circuits using a gated image-intensifier tube. Appl. Phys. Lett, 1973, 24, vol. 8, p. 397-398.

[15]. T. Ikuta, K. Shimizu. Stroboscopic observation of magnetic domain wall motion with a light emiting diode. Rev. Sci. Instrum., 1973, vol. 44, N 9, p. 1412-1413.

[16]. Л. П. Иванов, А. С. Логгинов, В. В. Рандошкин, Р. В. Телеснин. О движении цилиндрических магнитных доменов в неоднородном импульсном магнитном поле. ФТТ, 1977, т. 19, № 6, с. 1874-1877.

[17]. В. Г. Клепарский, В. В. Рандошкин. Исследование "баллистического" движения цилиндрических магнитных доменов методом многократной высокоскоростной фотографии. ФТТ, 1977, т. 19, № 11, с. 3250-3256.

[18]. M. Hirano, M. Kaneko, T. Yoshida, T. Tsushima. Time resolved observation system for high speed motion of bubble domain in real time. Japan. J. Appl. Phys., 1977, vol. 16, N 4, p. 661-662.

[19]. F. B. Humphrey, Kochan Ju. Magnetic domain wall dynamics in low loss bubble garnet materials. Chinese J. Phys., 1977, vol. 15, N 2, p. 102-115.

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

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

[22]. F. B. Humphrey. Transient bubble domain configuration in garnet materials observed using high speed photography. IEEE Trans. Magn., 1975, vol. MAG-11, p. 1679-1684.

[23]. А. К. Андреев, Е. А. Ляшенко, В. К. Раев/ Высокоскоростная стробоскопическая установка для исследования динамики микронных и субмикронных ЦМД в доменопродвигающих схемах ЗУ на ЦМД в диапазоне частот 0 - 30 кГц, Труды ин-та. Ин-т электрон. упр. машин, 1979, № 78, с. 35-41.

[24]. А. Ф. Алейников, Е .М. Дианов, С. С. Маркианов. Применение волоконных световодов для лазерной фотографии быстрых движений магнитных доменов и доменных стенок в реальном масштабе времени. Квантовая электроника, 1980, т. 7, № 7, с. 1594-1595.

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

[26]. Четкин М.В., Гадецкий С.Н., Кузьменко А.П., Филатов В.Н. Метод высокоскоростной фотографии для исследования динамики доменных границ. ПТЭ, 1984, № 1, с. 196-199.

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

[28]. О. С. Колотов, В. А. Погожев, Р. В. Телеснин. Магнитооптическая установка для изучения переходных процессов в прозрачных магнетиках. ПТЭ, 1986, № 1, с. 182-185.

[29]. Рандошкин В.В. Развитие визуальных методов исследования динамических свойств материалов с цилиндрическими магнитными доменами, Препринт ИОФАН СССР, № 52, М., 1989, 41 с.

[30]. Рандошкин В.В. Методы исследования динамических свойств пленок феррит-гранатов (обзор), Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1996, т. 62, № 9, с. 32-47.

[31]. В. В. Рандошкин. Развитие визуальных методов исследования динамических свойств эпитаксиальных пленок феррит-гранатов с одноосной магнитной анизотропией. Материалы VIII Международной научно-практической конференции “Динамика научных исследований - 2012”, 07 -15 июля 2012 г., Польша, Перемышль, 2012, т. 22, c. 10-16.