Содержание к диссертации
Введение , 4
Глава 1. Маїишоупругие взаимодействия в динамике доменной границы
слабых ферромагпеїиков 9
-
Крисіаллическая и магнитная сгруктура YFe03 9
-
Магниюоптические свойства ортоферрита иттрия 12
-
Доменная структура 16
-
Сгруктура доменной границы в ортоферритах 17
-
Стационарное движение доменных границ 22
-
Маї нитоупругие механизмы торможения доменных границ 26
-
Спинволновые резонансы 30
-
Явления динамической самоорганизации 33
Глава 2. Методы исследований движения доменной границы в неоднородных
условиях 38
-
Магнитоошическис меюды исследования динамики и иереегройки доменных сгруктур 38
-
Доменные структуры в образцах ортоферрита и прия в свободном состоянии 48
2.3. Доменная граница оргоферриюв в реальных условиях 53
Глава 3. Взаимодействие доменной границы с магнитными
неоднородностями 56
-
Доменная граница - динамический микрозонд 56
-
Влияние на динамику доменной границы ростовых неоднородностси на субзвуковых скоростях движения 60
-
Качественная физическая модель движения границы на субзвуковых скоростях в неоднородных условиях 63
Глава 4. Упрую-индуцированные механизмы неремагничивания в слабых
ферромаї петиках 69
-
Условия возникновения упруго-индуцированных процессов перемапшчивания 69
-
Магнитооптический модулятор 76
-
Магнитные устройства обрабоїки информации 79
Заключение 86
Список литера[уры 88
Список условных обозначений и сокращений
ДГ - доменная граница
СФМ - слабый ферромагнетик
ДС - доменная структура
РЗО - редкоземельные ортоферриты
ЛО - леї кая ось
ОЛН - ось леї кою намагничивания
МО - магнитооптические
МУ-магниюупругие
ФМ - ферромагнетик
ЦМД - цилиндрические магнитные домены
БЛ, ВБЯ, ГБЛ - блоховские линии, вертикальные БЛ, горизонтальные БЛ
СВ - спиновые волны
АВ - акустические волны
ПМ - пристеночные магноны
АСМ - атомно-силовая микроскопия
МКТ- макроскопическое квантовое іуннелирование
УИП - упруї о-индуцированиое перемагничивание
Введение к работе
Возрасіание потребностей в высокоскоростной обработке и бессбойном хранении все возрастающих массивов информации, обусловленное стремительным развитием телекоммуникационных и информационных систем, стимулировало исследования новых механизмов перемагничивания в мапштоупорядоченных средах [1-4].
Сравнительно низкие скорости протекания процессов перемаї ничивания в применяемых сегодня мапштоупорядоченных средах, скорость коюрьіх определяется скоростью движения доменных іраниц (ДГ) составляющих не более нескольких сотен м/с, существенно ограничивают быстродейемше функциональных элементов и устройств, разрабатываемых на их основе [5].
В этой связи особое место занимают слабые ферромаїпешки (СФМ), к коюрым ошосятся окисные соединения іина ортоферриты - RFeOj (с легкооспым мапштоупорядочением), борат железа (FeBOj) и гсмаїиг (a-Fe203) (с легкоплоскостным магнитоупорядоченисм). В этих маїериалах наблюдается наибольшая, среди всех изученных к насюящему времени магнетиков, скорость движения ДГ |6J. В ортоферршах ее величина достигає і 20-103 м/с, что значительно превышает (до 5 раз) скорости распрос гранения звуковых волн в этих СФМ. Для СФМ характерна высокая магниюоптическая добротность (14 град/дБ) в видимой обласш спектра. Сюль высокие динамические харакіеристики СФМ уже позволили создаїь целую серию эффективных магпиюоптических модуляторов, просгранственно-временных транспарантов, обладающих не менее чем 50%-й модуляцией на частотах до 109 Гц.
Сочетание высоких динамических и магнитоошических свойств СФМ делает эги материалы весьма удобным модельным материалом для исследований и моделирования новых механизмов перемагничивания [7-8], обусловленных движением доменных границ, в резонансных условиях.
Спин-волновые резонансы могут возникал, при условии совпадения пространственных частот, определяемых отношением толщины исследуемых образцов к размерам естественных магпшных неоднородное!ей, с чаеюіами 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 развишю отоэлектроныой техники и созданию элеменюв новою поколения - спиновой электроники, основанных на явлениях квантовой природы: макроскопическом квантовом тунпелировании и і игантекого магнетосопротивления [10].
Таким образом, исследования новых механизмов перемагничивания, возникающих при движении ДГ в прозрачных СФМ, являются весьма актуальными и имеюі большое научное и прикладное значение.
Целью работы является разработка и применение магнитооптических методов исследования нелинейной и нестационарной динамики ДГ, динамических свойств прозрачных СФМ, построение новых элементов и устройсів для высокоскоросшой обрабоїки 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 маїнитньїх нсоднородностях ростовой природы.
Исследования наномасшгабной магии і ной струкіурьі доменной границы и упругой деформации в ортоферритах методами аюмно-силовой микроскопии.
Разработка новых быстродействующих маїнитоопіических усіройств обработки информации.
Научная новизна
Впервые исследовано нестационарное движение ДГ в монокристаллических прозрачных образцах орюферрита иприя (YFeO^) в импульсных и периодических магнитных полях. Установлена взаимосвязь такого движения с явлением пиннинга (захвата) ДГ на магнитных неоднородностях ростовой природы.
Построена качественная физическая модель движения ДГ в реальной сильно диссипативной среде. Установлена резонансная природа такою движения.
Методами атомно-силовой микроскопии впервые исследована тонкая магнитная структура неподвижной доменной стенки и определена амплитуда соответствующей упругой деформации. Предложено качественное объяснение ее аномальной величины, основанное на механизме обменного усиления спин-решеточных возбуждений в СФМ [11] (Туров Е.А.).
Экспериментально подтверждена концепция, согласно когорой ДГ в прозрачных СФМ является естественным микрозондом для исследования их динамических свойств.
Научная и практическая значимость работ
Разработан и применен магнитооптический меюд исследования и контроля магнитодинамических параметров прозрачных магнетиков.
На основе вновь обнаруженного упруго-индуцированного механизма неремагничивания разработан магниюоп і ический модуля юр, позволяющий переключать электромагнитное излучение с субнаносекундной дли і ельностью.
Основные защищаемые положения
Зависимость движения доменных іранин в пластинчатых прозрачных образцах YFe03 с естественными маї ни гными неоднородностями ростовой природы в зависимости 01 амплшуды импульсных и переменных продвигающих магнитных полей носи і сильно нестационарный, флуктуационный характер, сопровождается пиннингом ДГ.
Доменная граница, как макроскопический объект (с удельной массой 10" г/см3), представляет собой естественный микрозонд для исследования динамических свойств прозрачных магнешков неразрушающим методом.
Наномасштабные исследования методами атомно-силовой микроскопии статических параметров доменной іраницьі усіановили, что изменения ее намагниченности имеют явно выраженную шикую регулярную структуру, тогда как упругая деформация магнитострикционной природы, связанная с ДГ и имеющая амплитуду 70 им, являеіся 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 чіения), Хабаровск (Россия), 2002; II Байкальской международной конференции «Магнитные маїериальї», Иркутск (Россия), 2003; X Семинаре азиаіско-іихооксанской академии материалов и III Конференции «Материалы Сибири» «Паука и технология нанострукіурированньїх материалов», Новосибирск (Россия), 2003; 33-е Всероссийском совещании но физике низких температур, Екаїеринбург (Россия), 2003; Международном семинаре по проблемам магнетизма в магнитных пленках, малых частицах и нанос груктурных объектах, Астрахань (Россия), 2003; Международной научной конференции «Актуальные проблемы физики твердого іела», Минск (Беларусь), 2003; Дальневосточном инновационном форуме с международным участием, Хабаровск (Россия), 2003; IV Региональной научной конференции «Фишка:
Фундаментальные и прикладные исследования, образование», Владивосток (Россия), 2003; international conference «Functional Materials» Partinet (Ukraine), 2003; IV Азиаіско-Тихоокеанекой конференции «Фундаментальные проблемы опто- и микроэлектроники», Хабаровск (Россия), 2004; IX конференции студентов, аспирантов и молодых ученных по физике полупроводниковых, дюлекірических и маїнитньїх маїериалов, Владивосток (Россия), ПДММ-2005; V реіиональной научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование», Хабаровск (Россия), 2005; III Международном симпозиуме «Принципы и процессы создания неорганических материалов» (Третьи Самсоновские 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 техполоіий» (Санкі-Пеїербург, 2005), награждены серебряной и золотой медалями сооївеїсгвенно.
Публикации. Основные результаты диссеріационной рабо і ы опубликованы в 22 статьях, тезисах докладов и Паїенте РФ. Рабоїа по теме диссертации проводилась в рамках единого заказ-наряда Министсрсша общею и профессионального образования Российской Федерации, а іакже но инновационному гранту РАН (совместно с Инстиіугом горного дела ДВО РАН).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Рабоїа содержит 103 страницы машинописного текста, 37 рисунков, 2 таблицы и список цитируемой литературы из 142 наименований.
