Особливості доменних структур у ферит-гранатових плівках з точкою компенсації і спіновою переорієнтацією - Автореферат

Особливе місце серед магнетиків займають епітаксійні плівки феритів-гранатів, велика різноманітність доменних структур яких обумовлена як фізичними властивостями матеріалу плівки, так і дією магнітних полів і температур. Завдяки ефекту Фарадея можна візуально спостерігати всі процеси, що відбуваються в доменній структурі (ДС) при зміні температури (T) і магнітного поля (H): впорядкування і розупорядкування ДС, кінетику спонтанних та індукованих полем фазових переходів (ФП) в ДС, методом кольорової реєстрації визначати спін-переорієнтаційний фазовий перехід (СПФП). При наближенні до точки компенсації в гратках ЦМД відбувається фазовий перехід без зародкоутворення із зменшенням числа доменів в інші гратки. Існує взаємозвязок між актуальними проблемами фізики фазових переходів в системах мікрочасток та проблемами фізики фазових переходів у доменних структурах. Вивчення поведінки доменних структур при зміні температури або магнітного поля, фазових переходів і спін-переорієнтаційних фазових переходів в плівках феритів-гранатів актуальні, оскільки це дослідження, що знаходяться на стику різних напрямків фізики.При цьому гратка зберігається в деякому температурному інтервалі (хоч є нерівноважною), потім відбувається спонтанний фазовий перехід до нової гратки ЦМД, з новими параметрами, відповідними параметрам рівноважної гратки при цій температурі. При дослідженні фазових переходів в гратці ЦМД виявлено, що при охолодженні і нагріванні плівки в гратці відбуваються ФП першого роду, які відрізняються за своїм характером. При віддаленні від в гратці відбуваються ФП в двофазну структуру: блоки гратки з меншими параметрами, розділені страйпами. Проте в точці В тиск цієї гратки значно більше тиску рівноважної гратки, що відповідає Т=215К. З таблиці 1 видно, що характер фазових переходів не залежить від зміни з температурою (порівняємо (2) і (3)), а залежить лише від знаку зміни характеристичної довжини з температурою (порівняємо (1) і (3)): при відбувається ФП до рівноважної гратки ЦМД з новими параметрами при зменшенні (колапсі) числа доменів; при відбувається ФП до двофазної структури, яка складається з блоків нової гратки ЦМД з меншими параметрами і областей страйп-доменів при збереженні загального числа доменів.Для інтерпретації експериментальних результатів вперше застосовано магнітостатичний тиск ДС як силу магнітостатичної природи, що діє на одиницю поверхні, яка охоплює фазу ДС і направлена по зовнішній нормалі до цієї поверхні. Показано, що в регулярних ДС (гратка ЦМД і стільникова ДС) спонтанні фазові переходи 1-го роду із збереженням числа часток (доменів) та зі зміною їх числа (колапсуванням) визначаються магнітостатичним тиском структури і знаком зміни енергії доменних меж з температурою. Остання характеристика визначає наявність гістерезису при ФП, оскільки від знаку dl/dt залежать умова зростання обєму “нової” фази та інтервал стійкості попередньої фази. Теоретично і експериментально показано, що: - у плівці з сильною одновісною анізотропією відбувається СПФП 1-го роду шляхом зародкоутворення “нової” кутової фази на доменній межі попередньої осьової фази. у плівці з малою одновісною анізотропією відбувається СПФП 2-го роду з однієї кутової фази в іншу кутову фазу шляхом переорієнтації магнітного моменту всього домена в енергетично вигідніший стан.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В результаті проведення наукових досліджень за темою дисертаційної роботи вирішена проблема моделювання фазових переходів у твердих тілах, визначення закономірностей і особливостей фазових переходів на візуально спостережуваних завдяки ефекту Фарадея доменних структурах. Основні результати роботи можна сформулювати у вигляді таких висновків: 1. Розроблено метод створення в магнітних плівках феритів-гранатів рівноважних ДС, які є стійкими, але не рівноважними в певному інтервалі температур і магнітних полів. Такі ДС створюються імпульсним монополярним магнітним полем, перпендикулярним площині плівки. Досліджені наступні ДС: гратка ЦМД, страйп-домени, неврегульовані ЦМД-структури з різним ступенем порядку, стільникові домени, спіральні домени з числом витків N>50, гратка спіральних доменів.

2. Для інтерпретації експериментальних результатів вперше застосовано магнітостатичний тиск ДС як силу магнітостатичної природи, що діє на одиницю поверхні, яка охоплює фазу ДС і направлена по зовнішній нормалі до цієї поверхні. Показано, що в регулярних ДС (гратка ЦМД і стільникова ДС) спонтанні фазові переходи 1-го роду із збереженням числа часток (доменів) та зі зміною їх числа (колапсуванням) визначаються магнітостатичним тиском структури і знаком зміни енергії доменних меж з температурою. Остання характеристика визначає наявність гістерезису при ФП, оскільки від знаку dl/dt залежать умова зростання обєму “нової” фази та інтервал стійкості попередньої фази.

3. Досліджено механізм спін-переорієнтаційних фазових переходів у плівках із змішаною анізотропією. Теоретично і експериментально показано, що: - у плівці з сильною одновісною анізотропією відбувається СПФП 1-го роду шляхом зародкоутворення “нової” кутової фази на доменній межі попередньої осьової фази. У багатодоменному зразку дві фази співіснують в деякому температурному інтервалі. При цьому між “новою” і попередньою фазами візуально не існує межі;

- у плівці з малою одновісною анізотропією відбувається СПФП 2-го роду з однієї кутової фази в іншу кутову фазу шляхом переорієнтації магнітного моменту всього домена в енергетично вигідніший стан. Фазові переходи відбуваються в доменних межах і, як наслідок, усередині домену;

- у двошаровій плівці, що має в одному з шарів точку магнітної компенсації, фазові переходи в ДС відбуваються шляхом повороту вектора намагніченості в одному з шарів під впливом підмагнічуючого поля іншого шару. Поблизу Тк спостерігається результат сумарної дії намагніченості рідкісноземельної підгратки і підмагнічуючого поля іншого шару. При наближенні до Тк (охолодження) завдяки цьому зявляється кутова фаза і відбувається СПФП. Спостерігається також у певному інтервалі температур енергетично вигідна крізна доменна структура при паралельній орієнтації векторів намагніченості обох шарів.

4. Зясовано, що спіральні домени з великим числом витків стабілізуються граткою ЦМД, яка оточує їх, а також оточенням інших спіральних доменів (в гратці спіральних доменів), що повязано з рівністю магнітостатичного тиску доменних фаз. Тому фазові переходи в співіснуючих доменних структурах взаємоповязані: фазовий перехід в гратці ЦМД (якщо порушується умова рівності тиску) викликає фазовий перехід в спіральному домені.

5. Вивчена неврегульована ЦМД-структура: кластерна, аморфна і комірчаста. Показано, що “ефект памяті” і температурний інтервал стійкості доменної структури залежать від ступеня невпорядкованості ДС, структури доменних меж та визначається доменним тиском.

1. Эшенфельдер А. Физика и техника цилиндрических магнитных доменов А.Эшенфельдер. - М.: Мир, 1983. -496 с.

2. Ориентационные переходы в редкоземельных магнетиках / К. П. Белов, А. К. Звездин, А. М. Кадомцева, Р. З. Левитин. - М.: Наука, 1979. -320 с.

3. Балбашов А. М. Магнитные материалы для микроэлектроники / А. М. Балбашов, А. Я. Червоненкис. - М.: Энергия, 1979. -216 с.

4. Лисовский Ф. В. Физика цилиндрических магнитных доменов / Ф. В. Лисовский - М.: Советское радио, 1979. -192 с.

5. Барьяхтар В. Г. Цилиндрические магнитные домены и их решетки / В. Г. Барьяхтар, Ю. И. Горобец. - К.: Наукова думка, 1988. 168 с.

6. Юрьев В. П. Природа неоднородных магнитных состояний реальных магнетиков и высокотемпературных сверхпроводников: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук: спец. 01.04.11 “Магнетизм” / В. П. Юрьев. - Х., 2000. - 30 с.

7. Горобец О. Ю. Пространственная самоорганизация в твердом теле в условиях влияния магнитного поля и электрохимических превращений: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук: спец. 01.04.07 “Физика твердого тела” О. Ю. Горобец. - Х., 2008. - 30 с.

8. Westervelt R. M. Avalanches and self-organization in the dynamics of cellular magnetic domain patterns / R. M. Westervelt, K. L. Babcock, R. Seshadri J. Appl. Phys. - 1991. - Vol. 69, № 8. - P. 5436-5440.

9. Кандаурова Г. С. Хаос и порядок. / Г. С. Кандаурова // ДАН СССР. -1989. - Т. 388, №6. - С. 1364-1366.

10. Заблоцкий В. А. Спонтанные фазовые переходы в доменных структурах тонких одноосных магнитных пленок: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук: спец. 01.04.11 “Магнетизм” / В. А. Заблоцкий. - Д., 1995. -31с.

11. Барьяхтар В. Г. Термодинамический анализ фазовых переходов в решетке ЦМД / В. Г. Барьяхтар, Э. А. Завадский, Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк // ФТТ. - 1984. -Т. 26, №8. -С. 2381-2386.

12. Мамалуй Ю. А. Фазовые переходы в гексагональных решетках ЦМД / Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк - Д. ДОНФТИ АН УССР, 1986. - 43 с. - (Препринт / АН УССР “Донец. физ.-тех. ин-т” ; ДОНФТИ 1986-2 (110)).

13. Заблоцкий В. А. Фазовые диаграммы ячеистой доменной структуры / В. А. Заблоцкий, Ю. А. Мамалуй // ФТВД. - 1994. -Т. 4, №1. - С. 37-42.

14. Ламонова К. В. Теоретическое описание спиральной доменной структуры тонких одноосных феррит-гранатовых пленок. / К. В. Ламонова, Ю. А. Мамалуй // ФТВД. - 1997. - Т. 7,№ 2. - С. 82-93.

15. Lamonova K. V. Static properties of a hexagonal lattice of spiral magnetic domains. / K. V. Lamonova, A. L. Sukstanskii, Ju. A. Mamalui // Physic B. - 2002. - Vol. 324. - P. 9-14.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Заблоцкий В. А. Влияние поля на плотность и стабильность решеток цилиндрических магнитных доменов / В. А. Заблоцкий, Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк // УФЖ. - 1988. - Т. 33, №3. -С. 403-406.

2. Мамалуй Ю. А. Определение параметров доменных структур магнитных пленок методом куметрии / Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк, Г. С. Ярош // ЖТФ. - 1987. - Т. 57, №7. - С. 1431-1433.

3. Zablotskii V. A. Film-cooling-induced phase transitions in magnetic bubble lattices / V. A. Zablotskii, Ju. A. Mamalui, Ju. A. Siryuk // J. Phys.Condens.Matter. -1992. - Vol. 3, №4. - P. 2623-2627.

4. Заблоцкий В. А. Спонтанные фазовые переходы в сосуществующих доменных структурах феррит-гранатовых пленок / В. А. Заблоцкий, К. В. Ламонова, Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк // ФТВД. -1996. - Т. 6, №2. - С. 34-40.

5. Заблоцький В. А. Температурна стійкість гексагональних решіток ЦМД / В. А. Заблоцький, Э. А. Завадський, Ю. О. Мамалуй, Ю. А. Сірюк // Докл. АН УРСР. - 1986. - сер. А, №11. - С. 49-52.

6. Мамалуй Ю. А. Решетки цилиндрических магнитных доменов вблизи точки компенсации / Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк, А. В. Безус // ФТТ. - 2003. - Т. 45, №9. - С. 1645-1652.

7. Безус А. В. Влияние подмагничивающих полей на доменную структуру в феррит-гранатовой пленке / А. В. Безус, Т. Ю. Борисенко, Ю. А. Сирюк, В. В. Смирнов // ФТВД. - 2008. -Т. 18, №1. - С. 42-46.

8. Мамалуй Ю. А. Термодинамический подход при изучении фазовых переходов в решетках цилиндрических магнитных доменов / Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк, Э. А. Завадский // Известия РАН, серия физическая. - 2005. - Т. 69, №7. - С. 1023-1026.

9. Завадский Э. А. Влияние магнитостатического давления на доменную структуру магнитных пленок со смешанной анизотропией / Э. А. Завадский, Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк // Известия РАН. серия физическая. -2006. -Т. 70, №7. - С. 966-968.

10. Толпыго К. Б. Влияние флуктуаций на устойчивость РЦД / К. Б. Толпыго, В. А. Заблоцкий, Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк // ДАН УССР, сер. А. - 1987. - Т. 4. - С. 74-76.

11. Безус А. В. Неупорядоченные доменные структуры и доменные границы в тонких магнитных пленках / А. В. Безус, Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк // Известия РАН. серия физическая. -2008. - Т. 72, №8. -С. 1088-1090.

12. Ламонова К. В. Спиральные домены в тонких пленках ферритов-гранатов. / К. В. Ламонова, Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк // ФТВД. 1996. - Т. 6, №1. - С. 33-40.

13. Lamonova K. V. Studying of the behaviour and properties of a periodic ring domain. / K. V. Lamonova, Ju. A. Mamalui, Ju. A. Siryuk // ФТВД. - 1996. - Vol. 6, №4. - P. 49-52.

14. Сирюк Ю. А. Влияние дефектов на формирование спиральных доменных структур в тонких феррит-гранатовых пленках. /Ю. А. Сирюк, В. В. Смирнов // ФТВД. - 1999. - Т. 9, №3. - С. 102-104.

15. Мамалуй Ю. А. Влияние магнитостатического давления на условие сосуществования доменных фаз. / Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк // ФТВД. - 1999. - Т. 9, №4. - С. 88-93.

16. Сирюк Ю. А. Области существования двух типов спиральных доменных структур в феррит-гранатовых пленках. / Ю. А. Сирюк, В. В. Смирнов // ФТВД. - 2001. - Т. 11, №2. - С. 108-115.

17. Мамалуй Ю. А. Влияние магнитостатического давления на стабилизацию двухфазной доменной структуры в тонких пленках ферритов-гранатов. / Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк // ФТТ. - 2001. - Т. 43, №8. - С. 1458-1461.

18. Мамалуй Ю. А. Фазовые переходы в ЦМД-структурах при спиновой переориентации в феррит-гранатовых пленках / Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк, А. В. Безус, А. А. Леонов // ФТТ. - 2004. - Т. 46, №2. - С. 277-281.

19. Мамалуй Ю. А. Фазовые переходы в ЦМД-структурах при спиновой переориентации вблизи температуры компенсации в феррит-гранатовых пленках / Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк, А. В. Безус // Ж. Кристаллография. - 2004. - Т. 49, №4. - С. 743-746.

20. Bezus A. V. The domain structure of two-layered magnetic films with the different characteristics of layers / A. V. Bezus, Ju. A. Mamalui, Ju. A. Siryuk // J. Functional Materials. - 2004. - Vol. 11, №3. - P. 491-49 5.

21. Сірюк Ю. А. Поведінка доменної структури поблизу точки компенсації та спінової переорієнтації / Ю. А. Сірюк, Ю. О. Мамалуй // Ж. “Фізика і хімія твердого тіла”. - 2006. - Т. 7, №4. - С. 650-655.

22. Granovskii Ja. I. Energy and orientation of Bloch type domain walls in magnetics with mixed anisotropy / Ja. I. Granovskii, A. A. Leonov, Ju. A. Mamalui, Ju. A. Siryuk // J. Functional Materials. - 2006 Vol. 13, №3. - P. 526 - 530.

23. Мамалуй Ю. А. Влияние намагниченности редкоземельной подрешетки на доменную структуру двуслойной феррит-гранатовой пленки / Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк // Известия РАН, серия физическая. - 2007. -Т. 71, №5. - С. 656-658.

24. Bezus A. V. Spin reorientation phase-transitions in thin magnetic films of different anisotropy / A. V. Bezus, Ju. A. Mamalui, Ju. A. Siryuk // J. Functional Materials. - 2008. - Vol. 15, №2. - P. 218- 222.

25. Безус А. В. Поведение доменной структуры в феррит-гранатовой пленке с малой одноосной анизотропией / А. В. Безус, Т. Ю. Борисенко, Ю. А. Сирюк, В. В. Смирнов // ФТВД - 2008. - Т. 18, №2. - С. 70-76.

26. Mamalui Ju. A. Magnetostatic pressure as a factor of spiral domain stabilization in ferrite garnet films / Ju. A. Mamalui, Ju. A. Siryuk // J. Functional Materials. - 2008. - V.15, №3. - P. 376-379.

27. А.с. 1341681 СССР. Способ формирования решетки цилиндрических магнитных доменов в магнитоодноосной пленке / Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк , Г. С. Ярош (СССР). - №4066126; заявл. 05.05.86; опубл. 17.11.87, Бюл. №36.

28. А. с. 1461259 СССР. Способ формирования равновесной решетки цилиндрических магнитных доменов / В. А. Заблоцкий, Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк, Г. С. Ярош. - №4240061; заявл.09.03.87; не публ. в открытой печати.

29. Сирюк Ю. А. Применение концепции химпотенциала и магнитостатического давления при исследовании фазовых переходов в доменных структурах. / Ю. А. Сирюк, Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Кузин // Новые магнитные материалы микроэлектроники : XIX междунар. школа-семинар (НМММ-19), 28 июня - 2 июля 2004 г.: сб. трудов. - М., 2004. - С. 734-736.

30. Мамалуй Ю. А. Устойчивые спиральные домены в пленках ферритов-гранатов. / Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк // Упорядочение в минералах и сплавах : X междунар. симпозиум (ОМА-10), сентябрь 2007 г. : сб. трудов. - Р.-на-Д., 2007, ч.II. - С. 35-38.

31. Леонов А. А. Спин-переориентационные фазовые переходы в пленках ферритов-гаранатов / А. А. Леонов, Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк // Новые магнитные материалы микроэлектроники : XX междунар. школа-семинар (НМММ-20), июнь 2006 г. : сб.трудов. - М., 2006 - С. 455-457.

32. Мамалуй Ю. А. Влияние спиновой переориентации на доменную структуру / Ю. А. Мамалуй, Ю. А. Сирюк // Порядок, беспорядок и свойства оксидов : XI междунар. симпозиум (ODPO-11), сентябрь 2008 г. : сб. трудов. Р.-на-Д., 2008, ч.2. - С. 108-111.