ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.............................................
ГЛАВА I. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ С КОМБИНИРОВАННОЙ АНИЗОТРОПИЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ ДЕФЕКТЫ...................................................
1.1 Основные виды взаимодействий в кристаллах с комбинированной анизотропией.................................................
1.2 Возможные магнитные неоднородности в пластине (001).
1.3 Кристаллическая структура и дефекты кристаллической решетки...................................................
ГЛАВА И. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА МАГ НИТНЫЕ ФАЗОВЫЕ ДИАГРАММЫ ПЛАСТИНЫ (001) С КОМБИНИРОВАННОЙ АНИЗОТРОПИЕЙ..............................
ГЛАВА III. 0° ДОМЕННЫЕ ГРАНИЦЫ В КРИСТАЛЛАХ С КОМБИНИРОВАННОЙ АНИЗОТРОПИЕЙ..............................
3.1 Структура и область устойчивости 0°ДГ в пластине(001) в нуле вом поле. Случай Кы>0................................
3.2 Структура и область устойчивости 0°ДГ в пластине (001). Случай Ки<0. Фазовый переход.........................
ГЛАВА IV. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА УСТОЙЧИВЫЕ СОСТОЯНИЯ 0°ДГ.................................
4.1 Случай Н || [100].........;.........................
4.2 Случай Н || [001]. “Парадокс” Брауна................
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................
I ДОТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА АВТОРСКАЯ ЛИТЕРАТУРА...
ВВЕДЕНИЕ
Уже более 30 лет интенсивно изучаются магнитные свойства кристаллов, сочетающих в себе два типа анизотропии различной природы: наведенной одноосной (НОА) и естественной кубической (КА). Такая ситуация возникает во многих материалах, например, в фотомагнитных полупроводниках типа СсЮ^е* при холодной прокатке или магнитном отжиге кубических магнетиков (Ре, N1) и т.д., но наиболее она характерна для эпитаксиально выращенных кристаллов ферритов-гранатов. Последние обладают рядом уникальных магнитных характеристик, которые находят разнообразное применение в магнитоэлектронике. Бум, возникший в 70£-80с годы в вычислительной технике, связанной с технологией, основанной на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД), привлек значительный интерес :< изучению свойств ферритов-гранатов и, в частности, к исследованию процессов их намагничивания и перемагничивания. Экспериментальные исследования показали, что наличие комбинированной анизотропии сильно сказывается на статических и динамических свойствах этих материалов, и в особенности, на формировании доменной структуры магнетика, а также на его основное состояние. Известно, что ПОА может возникнуть как при эпитаксиальном выращивании кристаллов ферритов-гранатов КуРе%Оп (здесь /?- трехвалентный редкоземельный ион), так и может быть индуцирована внешними воздействиями (например, при фотомагнитном эффекте, внешних упругих напряжениях и т.д. [1]). Исследования показывают, что наличие НОА в магнитотрехосном кристалле, индуцированной внешними напряжениями, приводит к образованию доменной структуры различной топологии [2], которая существенно отличается от таковой, имеющей место как в кубическом, так и в одноосном магнетике. Так, наряду с винтовой
3
доменной структурой (ДС), соответствующей непрерывному повороту намагниченности в одном из направлений, возможна ДС, в которой вектор намагниченности может совершать пространственные колебания в пределах ограниченных интервалов углов около одного или нескольких выделенных направлений (нутационные доменные границы (ДГ) ). Наличие мс-тастабильных осей, лежащих в плоскости вращения вектора намагниченности способствует появлению перетяжек в ДС. Как известно [3, 4], возникновение перетяжек в структуре ДГ, которые характеризуются наличием трех точек перегиба в соответствующем распределении намагниченности в ДГ, приводит к перестройке ДС образца. Поэтому учет даже сравнительно небольших упругих напряжений может привести к существенным изменениям всей картины допустимых в магнетике ДС [5,6]. Из анализа теоретических и экспериментальных исследований видно, что при действии внешних напряжений на кубические кристаллы, в них могут возникать новые магнитные фазы и фазовые переходы между ними типа спиновой переориентации [7,8]. Это приводит к возникновению области гистерезиса как по температуре, так и по внешним напряжениям, который проявляется при переориентации ДГ относительно кристаллографических осей [9]. Таким образом, наличие выделенных направлений в кристалле играет существенную роль в образовании ДС с различной конфшурацией. Основным фактором здесь является симметрия кристалла, которая определяет ориентацию доменной стенки относительно кристаллографических осей. Особый интерес, проявляемый к кристаллам ферритов-гранатов, обусловлен также возможностью получения, за счет изоморфного замещения редкоземельных ионов, соединений с наперед заданными магнитными свойствами [10]. Таким способом было получено большинство известных кристаллов со структурой
4
граната, обладающих высокой устойчивостью соединения и стабильностью состава [11].
Наличие у ферритов-гранатов трех магнитных подрешеток, связанных антиферромагнитным обменным взаимодействием делает ферриты-гранаты незаменимыми объектами для исследования таких явлений, как нелинейный ферромагнитный резонанс, возбуждение магнитоакустических колебаний. Гигантская магнитострикция, широкое разнообразие доменных структур, параметрами которых можно легко управлять под воздействием внешних полей, давления и температуры, высокие скорости персмагничи-вания позволяет использовать подобные магнитные материалы во многих технических устройствах, таких как магнитооптические модуляторы, фазовращатели, фильтры, элементы переключающих устройств и т.д. [12-15].
Исторически интерес к кристаллам с комбинированной анизотропией был обусловлен наличием локализующихся в них ЦМД, применяемых в цифровых устройствах хранения информации. Поэтому оказались достаточно хорошо изученными пленки ферритов-гранатов с развитой поверхностью (111), (110), (001) и (210) [15]. Исследования показали [16], что наличие КА в магнитоодноосных пленках значительно сказывается на их размерах и форме. Оказалось, что в рассматриваемых пленках могут существовать ЦМД некруговой формы: треугольные, прямоугольные, шестиугольные и эллиптические. В частности, в пластине (001) наблюдались прямоугольные ЦМД. Освоение технологии изготовления кристаллов ферритов-канатов с ЦМД привело к значительному увеличению масштабов экспериментальных исследований свойств этих материалов, что расширило наши представления о них. Однако должного внимания не было уделено пленкам с ориентацией (001). В то же время многочисленные экспериментальные исследования доменной структуры в (001)- ориентированной
5
пленке и ее поведения при действии различных внешних факторов (магнитного поля, упругих напряжений, электромагнитного излучения и т.д.) показали, что они обладают рядом интересных свойств, не получивших соответствующей теоретической интерпретации. Поэтому представляет определенный интерес изучение спин-переориентационных фазовых переходов (СПФГТ), доменной структуры, ее перестройки и процессов перемагничи-вания этих кристаллов. Актуальность таких исследований обуслоатсна еще и тем, что (001)- ориентированные пленки ферритов гранатов являются наиболее подходящим материалом при создании приборов для визуализации локальных магнитных полей (17].
Следует отметить, что в реальных образцах ферритов-гранатов, а также в других материалах, обладающих комбинированной анизотропией, всегда имеются различного рода дефекты, которые качественно изменяют картину процессов их намагничивания и перемагничивания во внешних магнитных полях. Именно с неоднородностями кристаллической решетки связывают возникновение светочувствительных центров в магнитных полупроводниках типа СбСг^е.,, в которых под воздействием света могут происходить изменения магнитной анизотропии, обменных взаимодействий, упругих и магнитоупругих параметров [18]. Наличие дефектов в кристаллической структуре магнетика является фактором, способствующим образованию и закреплению на них магнитных структур определенного вида [19]. Поэтому актуальной до сих пор остается задача учета реальной структу ры магнетиков и се влияние на процессы спиновой переориентации в них. В случае идеальных кристаллов эти процессы хорошо описываются в рамках феноменологической модели, учитывающей комбинированную анизотропию кристалла. Однако реальные кристаллы обладают конечными размерами, на дефектах кристаллической структуры которых могут зарож-
6
даться магнитные неоднородности. Наличие конечности образца и присутствие в них дефектов приводит к необходимости учета вклада размагничивающих полей пластины от поверхностных и объемных магнитных зарядов и взаимодействия магнитных неоднородностей с дефектами кристалла. Подобные исследования уже проводились для случая периодической доменной структуры [20] в образце, но в приближении бездефектного кристалла. Однако при наличии дефектов в кристалле, такая задача для пластины (001) никем не исследована. Решение подобной задачи сопряжено со значительными трудностями как аналитического, так и численного характера. Тем не менее, при определенных модельных представлениях о характере взаимодействия дефектов с локализованными на них магнитными неоднородностями уединенного типа, данную проблему удается разрешить, с учетом рассматриваемых факторов. Другой проблемой, которая является важной не только при интерпретации экспериментальных исследований кристаллов с комбинированной анизотропией, но и носит прикладной характер, является задача определения основных закономерностей процессов намагничивания и перемагничивания этих материалов, обусловленных механизмами когерентного и некогерентного вращения магнитных моментов.
Цель работы
Целью настоящей диссертационной работы является исследование возможных магнитных фаз и спин-переориснтационных фазовых переходов между ними в кубическом ферромагнетике с НОЛ при действии внешних напряжений и магнитных полей; а также нахождение условий зароды-шеобразования на дефектах определенного типа уединенных магнитных неоднородностей типа 0°ДГ; определения области их устойчивости в опрс-
7
деленных промежутках изменения параметров материала, дефекта и внешнего магнитного поля различной ориентации; изучение влияния пиннинга 0°ДГ на спин-псрсориснтационный фазовый переход в кристалле-пластине типа (001).
Научная новизна
1. Рассчитано влияние внешнего магнитного поля на ориентационные фазовые диаграммы пластины (001) с комбинированной анизотропией в двухконстантном приближении для кубической анизотропии и определены общие закономерности ее намагничивания.
2. Определены условия зарождения на дефектах в кристаллической структуре нового типа магнитных неоднородностей - 0°ДГ и области их существования в зависимости от параметров материала, характеристик дефекта, внешнего магнитного поля различной ориентации и толщины пластины с учетом се размагничивающих полей.
3. Показано, что в рассматриваемом кристалле под действием внешнего магнитного поля 0°ДГ, вырожденные по поляризации и направлению отклонения вектора намагниченности от плоскости (001), расщепляются на эквивалентные состояния.
4. Установлено, что между двумя видами 0°ДГ, различающихся по структуре. в определенных промежутках изменения констант кубической анизотропии могут иметь место СПФП, которые могут происходить с гистерезисом.
5. Впервые определен вклад размагничивающих полей образца и наличия дефектов в нем на коэрцитивную силу.
8
Положення выносимые на защиту
1. Ориентационные фазовые диаграммы однородных магнитных состояний кубического кристалла с наведенной вдоль оси [001] одноосной анизотропией при учете внешних магнитных полей и кубической анизотропии в двухконстантном приближении. Предсказание возможности при определенных условиях в пластине (001) нзоструктурных фазовых переходов, индуцированных магнитным полем.
2. Моделирование процессов зарождения на дефектах кристаллической структуры нового типа магнитных неоднородностей - 0°ДГ и определение области их существования в зависимости от параметров материала, характеристик дефекта, внешнего магнитного поля и толщины пластины. Расчет критических параметров существования 0°ДГ и выявление закономерностей спиновой переориентации при перемагничивании кристалла от одного состояния к другому.
3. Теория спин-переориентациошюго фазового перехода в реальных магнетиках конечных размеров.
4. Исследование влияния магнитного поля на структуру и устойчивость 0°ДГ, локализованных на дефектах и нахождение критических полей их существования.
5. Выявление механизма псрсмагничивания кристаллов с дефектами и определение их вклада в коэрцитивную силу образца.
Практическая ценность
Полученные результаты расширяют существующие представления о свойствах кристаллов с комбинированной анизотропией, о процессах их
9
- Київ+380960830922