Введение к работе
Актуальность темы. Многие важные в научном и практическом отношении физические свойства ферро- и антиферромагнетичов обусловлены наличием доменной структуры. Интенсивные исследования статики и динамики доменной структуры в последние несколько десятилетий связаны прежде всего с тем, что магнитные домены, доменные границы (ДГ), вертикальные блоховские линии нашли широкое применение как носители информации в логических и запоминающих устройствах средств автоматики и вычислительной техники. С чисто научной точки зрения значительный интерес н физике магнитных доменов обусловлен богатством нелинейных явлений, связанных с рассмотрением проблем тонкой структуры и динамического поведения доменной стенки. Характерная особенность доменной структуры, делающая ее весьма удобной в технических приложениях, состоит в том, что она легко управляема внешними воздействиями, в частности, магнитным полем. Поведение доменной структуры во многом определяется внутренней структурой доменных границ. Распре.-еление намагниченности в доменной границе определяется обменным взаимодействием, анизотропией и магнитоетат'ическими полями', а также внутренними напряжениями и внешними силами. Начало решению задач' об учете влияния.вышеперечисленных факторов на структуру доменной стенки положено в основополсгаюгиїх работах Л.Д.Ландау, Е.М.Лифишца и Л.Нееля. Однако, отсутствие в настоящее время детального анализа структуры доменной стенки с учетом конкретной симметрии кристаллов, наличия различных компонент поля анизотропии и дефектов, влияния магнитострикции и многоподрешеточности систем не позволяет, успешно интерпретировать наблюдаемые особенности в поведении доменной структуры, а также предсказать их поведение при изменении внешнего магнитного поля rt температуры. Все это затрудняет разработку магнитных материалов с заданными свойствами.
Исследование влияния внешних воздействий имеет важное значение для глубокого понимания роли различных взаимодействий в образовании и перестройке как структуры самой доменной границы, так и всей доменной структуры. Поэтому изучению поведения доменной структуры в магнитном поле уделяется достаточно большое внимание.
Однако, в теоретических исследованиях по влиянии магнитного.
поля на струї'.туру доменных границ и структуру доменов существовал целый ряд нерешенных проблем. Отсутствовал последовательный учет ыагнитострнкционных напряжений, возникающих из-за неоднородного распределении намагниченности. Не имел теоретического обоснования факт зависимости ориентации доменов относительно поля в базисной длоскости одноосной пластины от ее толщины, сильной перестройки доменной.структуры гематита в очень Слабых полях и ртрогое выстраивание доменов в магнитном поле в. диспроэиевом ортоферрите. Не была исследована перестройка структуры доменных границ и доменов в магнитном поле , а также зависимость структуры и резонансных характеристик стенок в магнитном поле от неоднородностей магнитных параметров в весьма перспективных для применений в технике кристаллах ферритов-гранатов и-редкоземельных ортоферритов. Следует еще заметить, что в антиферромагнетиках имеет место и динамическое изменение векторов нанагниченностей подрещеток, то есть динамический скос магнитных подрешеток, возникающий за счет пре^ цессии. Влияние же этого явления на динамику доменных стенок в магнитном поле в антиферромагнетиках со . слабым ферромагнетизмом практически еще до сих пор не исследовалось.
Таким образом,, задача построения новых моделей доменных границ и доменных структур, изучения их динамических свойств и теоретического описания накопившихся экспериментальных данных путем последовательного учета различных взаимодействий остается и в настоящее время весьма актуальной.
Цель работы. Развитие теории доменной структуры в ферро- и антиферромагнетнках в магнитном поле, последовательно учитывающей магнитострикцис и наличие комбинированной магнитной анизотропии.
Рассматривались высокоанизотропные одноосные ферромагнетики, кубические ферромагнетики с наведенной одноосной анизотропией, редкоземельные ортоферриты и слабые ферромагнетики с анизотропией типа легкая плоскость. Достижение поставленной цели потребовало решения следумцих основных задач:
Выяснение влияния спонтанных деформаций на структуру доменных границ.
Установление роли нагнитоупругого взаимодействия в формировании доменной структуры в магнитном иоле.
Определение структуры и ориентации доменных границ в кубических кристаллах с наведенной одноосной анизотропией и раз-
витой поверхностью, параллельной плоскости (111).
Исследование зависимости динамических характеристик доменных границ от величины мапштоупругого взаимодействия и внешнего давления.
Детальное изучение влияния внешнего магнитного поля на спии-переориентационные переходы в доменной границе, спектр спиновых волн, динамику доменной границы в редкоземельных ортоферри-тах.
Изучение влияния одномерных тзоднородностей магнитных- параметров на статические и динамические характеристики доменных границ. '
Научная новизна и защищаемые результаты. Оригинальное Направление исследований, выполненных в диссертационной работе, заключается в проведении комплексного анализа влияния магнитострин-ции при учете комбинированной магнитной анизотропии, неоднород-ностей магнитных параметров и внешнего магнитного поля на структуру и резонансные свойства доменных границ в ферро- и антиферромагнетиках.
Конкретная научная новизна определяется основными результатами, выносимыми на защиту:
1. Развитие теории доменної! структуры, последовательно учит
ывающей магни-пострикцию в ферромагнетиках при наличии внешних
воздействий и учете комбинированной анизотропии. В частности:
-предсказание возможности спонтанны! спин-переориентяционннх переходов в доменной границе при изменении температуры.
-объяснение зависимости.ориентации доменов в плоскостном магнитном поле от толщины образца и направления поля.
-
Модель доменной границы, учитывающая искажения Олоховской структуры в кубических кристаллах с наведенной одноосной анизотропией . Обьяснение явления кристаллографической переориентации доменной границы при вариации температуры или магнитного полп, параллельного оси легкого намагничивания.
-
Теория как спонтанных, так и индуцированных внешним магнитным полом спин-переориснтационных переходов в доменной границе-редкоземельных ортоферритов. Модель тонкой структуры доменной границы. .
-
Развитие теории доменной структуры в слабых ферромагнетиках, учитывающей магннтострикцию.
Выявление причины ориентации 160- ной доменной границы в диспрозиевом ортоферрите поперек поля, параллельного в-оси кристалла .
Объяснение закономерностей перестройки доменной структуры в гематите в слабом плоскостном магнитном поле.
Исследование зависимостей условий существования магнитоа-куотического резонанса доменных границ , а также зависимости частоты этого резонанса от внешнего давления в легкоплоскостных слабых ферромагнетиках.
Зависимость характеристик электронно-ядерного магнитного резонансд в условиях совмещения ЯМР и резонанса доменной границы от магнитострикционной массы доменной стенки.
-
Теоретическое исследование динамического поведения ДГ в магнитном поло в редкоземельных ортоферритах, учитывающее наличие динамической неколлинеарности магнитных подрешеток.
-
Модели неоднородностей магнитных параметров '(константы анизотропии, параметра обменного взаимодействия), допускающие интегрирование уравнений Эйлера. Развитие теории колеОаний доменной границы в магнитном появ в материалах с одномерными неоднороднос-тями магнитных параметров.
Научно-практическая значимость результатов:
Полученные результаты позволяют в едином подходе описать различные особенности в поведении доменной структуры в магнетиках различной симметрии. Кроме того, полученные результаты расширяют наши представления о возможных типах магнитных неоднородностей в одноосных ферромагнетиках, ферритах-гранатах, редкоземельных ортоферритах и легкоплоскостных слабых ферромагнетиках.
В настоящее время прямое наблюдение внутренней структуры доменной стенки не реально. Поэтому весьма результативным способом изучения структуры ДГ может'служить предложенный в работе путь тщательного анализа поведения ДГ в магнитном поле при строгой регистрации кристаллографической ориентации ДГ и сопоставления экспериментальных результатов с теоретическими.
Часть теоретических исследований, изложенных в диссертации, поставлена специально для объяснения ранее наблюдаемых явлений. Некоторые теоретические исследования проведены совместно с экспериментальными исследованиями. При этом достигнуто качественное, а иногда и количественное согласие теории с экспериментом. Наряду с
вышесказанным, предсказаны новые гзления и факты, которые лишь впоследствии были подтверждены экспериментально, например, явление электронно-ядерного магнитного резонанса в условиях совмещения ЯМР и резонанса доменной границы. Часть фактов и закономерностей остаются в виде предсказаний, требующих своего экспериментального подтверждения.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на Всесоюзных конференциях по "Физике магнитных явлений* ( Баку-1975, Донецн-1977, Харьков-1979, Пермь-1981, Тула-1983, Ташент-1991 ); на Всесоюзной конференции "Современные проблемы физики и ее приложения" (Москва-1987); на Всесоюзном симпозиуме "Магнетизм редкоземельных соединений" ( Москва-1989 ); на семинаре по спиновым волнам (Ленинград-1975); на Всесоюзной школе-семинаре "Новые магнитные материалы микроэлектроники" ( Новгород-1990, Астрахань -1992 ); на Всесоюзных объединенных семинарах "Элементы и устройства на цилиндрических магнитных доменах и вертикальных блоховских линиях" ( Симферополь -1987. Иосква- 1989); на респуОлиианском семинаре по магнитомикроэлентронике ( Симферополь -1991 ); на Международном симпозиуоме MASHTEC90 ( Дрезден- 1990); на семинарах теоротдела института Физики металлов УрО РАН.
Публикации, Основные результаты диссертации опубликованы в 22 статьях и тезисах некоторых докладов конференций. Список основных работ приведен в конце автореферата.
Структура и обьвм работы. Диссертация состоит из введения,
шести глав, заключения, двух приложений. Работа содержит 260
страниц машинописного текста, 46 рисунков, 2 таблицы и список ци
тируемой литературы - 274 наименований.