2
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.............................................................4
Глава 1. Мапшюупругие взаимодействия в динамике доменной границы слабых ферромагне! и ков.............................................9
1.1. Крис1аллическая и магнитная сгруктура YFe03...................9
1.2. Магниюоитические свойства ортоферрита иттрия.................12
1.3. Доменная струкзура...........................................16
1.4. Сгруктура доменной границы в ортоферритах....................17
1.5. Стационарное движение доменных границ........................22
1.6. Mai нитоупругие механизмы торможения доменных границ.........26
1.7. Спинволновые резонансы.......................................30
1.8. Явления динамической самоорганизации.........................33
Глава 2. Методы исследований движения доменной границы в неоднородных
условиях............................................................38
2.1. Магнитоошические меюды исследования динамики и персефойки доменных сфуктур..................................................38
2.2. Доменные структуры в образцах ортоферрита иприя в свободном состоянии.........................................................48
2.3. Доменная граница оргоферриюв в реальных условиях.............53
Глава 3. Взаимодействие доменной границы с магнитными неоднородностями....................................................56
3.1. Доменная граница - динамический микрозонд....................56
3.2. Влияние на динамику доменной границы ростовых неоднородностей на субзвуковых скоростях движения....................................60
3.3. Качественная физическая модель движения 1раницы на субзвуковых скоростях в неоднородных условиях.................................63
Глава 4. Упрую-индуцированные механизмы перемагничивания в слабых феррома! нетиках....................................................69
з
4.1. Условия возникновения упруго-индуцированпых процессов
перемапшчивания......................................................69
4.2. Магнитооптический модулятор.....................................76
4.3. Магнитные устройства обрабоїки информации.......................79
Заключение.............................................................86
Список литераіурьі.....................................................88
Список условных обозначений и сокращений
ДГ - доменная граница
СФМ - слабый ферромагнетик
ДС - доменная сіруктура
РЗО - редкоземельные ортоферриты
ЛО - леї кая ось
ОЛН - ось леї кою намагничивания МО - магнитооптические МУ - магииюупругие ФМ - ферромагнешк
ЦМД - цилиндрические магнитные домены
БЛ, ВБЛ, ГБЛ - блоховские линии, вер шкальные БЛ, горизонтальные БЛ
СВ - спиновые волны
А В - акусшческие волны
ПМ - пристеночные магноны
АСМ - атомно-силовая микроскопия
МКТ-макроскопическое квантовое іуннелированис
УИП -упрую-индуцированиое перемагничивание
4
ВВЕДЕНИЕ
Возрастание потребностей в высокоскоростной обработке и бессбойном хранении все возрастающих массивов информации, обусловленное стреми!ельным развитием телекоммуникационных и информационных систем, стимулировало исследования новых механизмов перемагничивания в магнитоупорядоченных средах [1-4].
Сравнительно низкие скорости протекания процессов перемат ничивания в применяемых сегодня магнитоупорядоченных средах, скорость коюрых определяется скоростью движения доменных 1раниц (ДГ) составляющих не более нескольких сотен м/с, существенно ограничивают быстродействие функциональных элементов и устройств, разрабатываемых на их основе [5].
В этой связи особое место занимают слабые феррома1 пешки (СФМ), к коюрым ошосятся окисные соединения 1ипа ортоферриты - ККсОз (с легкоосным магнитоупорядочением), борат железа (ЕеВ03) и гематиг (а-ЕегОз) (с легкоплоскостным магнитоупорядочением). В этих ма!ериалах наблюдается наибольшая, среди всех изученных к насюяшему времени магнетиков, скорость движения ДГ [6]. В ортоферритах ее величина достигае1 20*103м/с, что значительно превышает (до 5 раз) скорости распространения звуковых волн в этих СФМ. Для СФМ характерна высокая магииюоптичсская добротность (14 град/дБ) в видимой облает спектра. Сюль высокие динамические характеристики СФМ уже позволили создать целую серию эффективных магнитооптических модуляторов, пространственно-временных транспарантов, обладающих не менее чем 50%-й модуляцией на частотах до 109 Гц.
Сочетание высоких динамических и магнитооптических свойств СФМ делает эти материалы весьма удобным модельным материалом для исследований и моделирования новых механизмов перемагничивания [7-8), обусловленных движением доменных границ, в резонансных условиях.
5
Спии-волновые резонансы могуг возникав при условии совпадения пространственных частот, определяемых отношением толщины исследуемых образцов к размерам естественных мапипных неоднородностей, с часюшми упругих колебаний, возбуждаемых ДГ на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях движения [9]. Исследования наблюдаемых при этом новых механизмов перемагничивания имеют, как самостоятельный научный интерес, так и способствуют развижю оптоэлектронной техники и созданию элемешов новою поколения - спиновой электроники, основанных на явлениях квантовой природы: макроскопическом квантовом туннелировании и I игантского магнетосопротивления [10].
Таким образом, исследования новых механизмов перемагничивания, возникающих при движении ДГ в прозрачных СФМ, являются весьма актуальными и имею! большое научное и прикладное значение.
Цслыо работы является разработка и применение магнитооптических методов исследования нелинейной и нестационарной динамики ДГ» динамических свойств прозрачных СФМ, построение новых элементов и устройав для высокоскоросшой обрабо!КИ информации.
Основные задачи исследования
• Разработка методов исследования быстропротекающих процессов перемагничивания в оптически прозрачных магниюупорядоченных средах при переменных и импульсных воздействиях.
• Исследование макроскопических нелинейных явлений, сопровождающих процесс пиннинга доменной границы на естественных мапштных неоднородностях ростовой природы.
• Исследования наномасшгабной машиIной струк1уры доменной границы и упругой деформации в ортоферритах методами аIомно-силовой микроскопии.
• Разработка новых быстродействующих машитоопшческих ус I роист в обработки информации.
6
Научная новизна
• Впервые исследовано нестационарное движение ДГ в монокристаллических прозрачных образцах орюферрита иттрия (УРеОз) в импульсных и периодических магнитных полях. Усыновлена взаимосвязь такого движения с явлением ниннинга (захвата) ДГ на магнитных неоднородностях ростовой природы.
• Построена качественная физическая модель движения ДГ в реальной сильно диссипативной среде. Усыновлена резонансная природа такою движения.
• Методами атомно-силовой микроскопии впервые исследована тонкая магнитная структура неподвижной доменной стенки и определена ампли гуда соотвс!С I вующей упругой деформации. Предложено качественное объяснение ее аномальной величины, основанное на механизме обменного усиления сиин-решеточных возбуждений в СФМ [11] (Туров Е.А.).
• Экспериментально подтверждена концепция, согласно ко юрой ДГ в прозрачных СФМ является естественным микрозондом для исследования их динамических свойств.
Научная и практическая значимость рабо!Ы
• Разработан и применен магнитооптический меюд исследования и контроля магнитодинамических параметров прозрачных магнетиков.
• На основе вновь обнаруженного упруго-индуцированного механизма иеремагничивания разработан магии юошический модуля юр, позволяющий переключать электромагнитное излучение с еубнаносекундной дли юльностью.
7
Основные защищаемые положения
1. Зависимость движения доменных 1раниц в нластинчагых прозрачных образцах УРеОз с естественными магнитными неоднородностями ростовой природы в зависимости 01 ампли1уды импульсных и переменных продвигающих магнитных полей носи г сильно нестационарный, флуктуационный характер, сопровождается пиннингом ДГ.
2. Доменная граница, как макроскопический объект (с удельной массой 10 ",3 г/см3), представляет собой естественный микрозонд для исследования динамических свойств прозрачных магнегиков неразрутающим методом.
3. Наномасштабные исследования методами атомно-силовой микроскопии статических параметров доменной границы установили, что изменения ее намагниченности имеют явно выраженную юнкую регулярную структуру, тогда как упругая деформация магнитострикционной природы, связанная с ДГ и имеющая амплитуду 70 нм, являйся прямолинейной.
Апробация работы. Основные резулыаты работы представлялись и докладывались на: XVIII Международной школе-семинаре «Новые
магнитные материалы для микроэлектроники», Москва (Россия), 2002; II Международном симпозиуме (Вторые Самсоновские тения), Хабаровск (Россия), 2002; II Байкальской международной конференции «Магнитные ма!ериалы», Иркутск (Россия), 2003; X Семинаре азиа г ско-тихоокеанской академии материалов и III Конференции «Материалы Сибири» «Паука и технология нанострукгурированных материалов», Новосибирск (Россия), 2003; 33-е Всероссийском совещании по физике низких температур, Екатеринбург (Россия), 2003; Международном семинаре по проблемам магнетизма в магнитных пленках, малых частицах и наноструктурных объектах, Астрахань (Россия), 2003; Международной научной конференции «Актуальные проблемы физики твердою гела», Минск (Беларусь), 2003; Дальневосточном инновационном форуме с международным участием, Хабаровск (Россия), 2003; IV Региональной научной конференции «Фишка:
8
Фундаментальные и прикладные исследования, образование», Владивосток (Россия), 2003; International conference «Functional Materials» Partinet (Ukraine), 2003; IV Азиа1СКо-Тихоокеанской конференции «Фундаментальные проблемы опто- и микроэлектроники», Хабаровск (Россия), 2004; IX конференции студентов, аспирантов и молодых ученных по физике полупроводниковых, диэлекфических и ма!нитных маюриалов, Владивосток (Россия), ПДММ-2005; V ретональной научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование», Хабаровск (Россия), 2005; III Международном симпозиуме «Принципы и процессы создания неорганических материалов» (Третьи Самсоновскис чтения), Хабаровск (Россия), 2006; Международном симпозиуме по проблемам обработки информации, Хабаровск (Россия), 2006. Экспонаты разрабоюк по теме диссертации, представленные на выставках ВВЦ (Москва, 2005) и «Неделя высоких техполошй» (CaiiKi-lleiep6ypr, 2005), награждены серебряной и золотой медалями соопнмсгвенно.
Публикации. Основные результаты диссер! анионной рабош опубликованы в 22 статьях, тезисах докладов и Г1а1енте РФ. Pa6oia по теме диссертации проводилась в рамках единого заказ-наряда Министерства общею и профессионального образования Российской Федерации, а 1акже по инновационному гранту РАН (совместно с Инстшугом горною дела ДВО РАН).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Paooia содержит 103 страницы машинописного текста, 37 рисунков, 2 таблицы и список цитируемой литературы из 142 наименований.
- Київ+380960830922