Квазирелятивистская динамика антиферромагнитных вихрей в доменных границах ортоферрита иттрия, страница 2

При исследовании динамических свойств уединенных изгибных волн,сопровождающих АФМ вихри, в образцах с разными толщинами былоустановлено, что положение максимума на зависимостях скоростидвижения УИВ вдоль доменной границы (u) от скорости движения самойДГ (v)смещается с изменением амплитуд изгибных волн. Скоростьдвижения УИВ вдоль ДГ достигает своего максимального значения темраньше, чем меньше амплитуда волны, а значит и меньше топологическийзарядАФМвихря.Аполнаяскоростьизгибнойволны(w),сопровождающей АФМ вихрь, при меньших амплитудах УИВ достигаетнасыщения раньше.4. Впервые в ортоферритах была получена полная и частичнаяаннигиляция пары АФМ вихрей, сопровождаемых УИВ малых амплитуд,движущихся навстречу друг другу, при малых скоростях движения ДГ,немного больших скорости поперечного звука.

В результате частичнойаннигиляции АФМ вихрей, величина амплитуды экспериментальнонаблюдаемойуединеннойизгибнойволны,сопровождающейрезультирующий АФМ вихрь, составила ~ 2 мкм.5. Впервые было обнаружено отражение УИВ, сопровождающих АФМвихри, движущихся вдоль сверхзвукового участка доменной границы, отучастка границы, движущегося со скоростью поперечного звука.6. Практическая ценность представленных в диссертационной работерезультатовосновананавозможностипримененияисследуемыхматериалов в системах связи и обработки информации. Динамическиесвойства редкоземельных ортоферритов могут существенно увеличитьбыстродействие устройств, основанных на их применении.8Апробация работы.Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались на IXX и XXМеждународных школах – семинарах «Новые магнитные материалымикроэлектроники» (Москва 2004 и 2006 г.); Международном симпозиумепо магнетизму (Москва 2005 г.); XII Международной конференции понанокомпозитным технологиям – ICCE XII (Тенерифе, Испания 2005 г.);Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученыхпо фундаментальным наукам «Ломоносов 2007» (Москва 2007 г.)Публикации.Результаты,представленныевработе,докладывалисьна5международных конференциях и были опубликованы в 8 научных работах,приведенных в конце автореферата.Объем и структура диссертации.Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и спискалитературы.

Полный объем работы включаястраниц машинописного текста,рисунков и библиографию изнаименований.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.Введение.практическаяВовведениизначимостьобоснованыописанныхактуальность,вработеновизна иисследований,сформулированы цели и кратко изложено содержание диссертации.Первая глава. В первой главе представлен литературный обзоркристаллохимическихимагнитооптическихсвойствслабыхферромагнетиков, а также рассмотрена магнитная структура доменныхграниц и АФМ вихрей в пластинках ортоферрита иттрия.9Вторая глава. Во второй главе описан способ приготовленияобразцов YFeO3, используемых для исследований динамических доменныхструктур.

Приведены сведения об экспериментальных методах полученияи наблюдения динамических доменных структур в оптически прозрачныхмагнетиках. Описан новый метод высокоскоростной фотографии - методтрехкратной высокоскоростной фотографии, являющийся на сегодняшнийдень наиболее совершенным методом исследования динамики доменныхструктур в прозрачных магнетиках. Также в данной главе описаноустройство ТЕА – ТЕА лазера с поперечным разрядом на азоте (λ = 337нм), позволяющего при помощи красителя Oxazine получать короткиеимпульсы света λ = 630 нм длительностью до 0,25 нс. Такие импульсыочень важны для получения мгновенных изображений динамическихдоменных структур в ортоферритах, где скорости движения доменныхграниц очень велики.Методтрехкратнойвысокоскоростнойфотографиисостоитвполучении в реальном масштабе времени цифровых фотографий с тремяположениями динамической доменной границы за время действия одногоимпульса магнитного поля (рис.1). Луч красного света при помощи зеркал7 и 9 делится на 3 луча.

Первый и третий лучи проходят через общийполяризатор 13, а второй - через поляризатор 14. Далее каждый из лучейфокусируют с помощью линзы 15 на исследуемый образец с некоторойзадержкой друг относительно друга. Затем, пройдя через анализатор 21,лучипопадаютвобъективцифровогофотоаппарата.Взаимнымрасположением главных плоскостей поляризаторов 13 и 14 и анализатора21 добиваются оптически противоположных контрастов доменныхструктур (рис.2). В результате на цифровом фотоаппарате регистрируют10Рис.1.

Схема экспериментальной установки для исследования динамики ДГ методомтрехкратной высокоскоростной фотографии: 1 – лазер; 2 – сосуд Дьюара с азотом;3,5,15 – линзы; 4 – кювета с красителем; 6 – 12 – зеркала; 13,14 – поляризаторы;16,17,18 – блок импульсных генераторов, 19 – микроскоп, 20 – подложка с пластинкойортоферрита иттрия, катушками и проводами, создающими импульсное магнитноеполе; 21 – анализатор; 22 – фотокамера, 23 – компьютер.Рис.2.Схематическоеизображениеполучениятрехкратныхвысокоскоростныхфотографий.Движение ДГ в образце происходит со скоростью V. t1 ,t2 ,t3 – моменты времени, когдасоответственно первый, второй и третий лучи проходят через образец, П1, П2, П3 направление главных плоскостей поляризаторов и анализатора А.

α - уголфарадеевского вращения.11динамическую доменную структуру в виде темных и светлых полос,границами раздела между которыми и являются доменные границы.Примертрехкратнойвысокоскоростнойфотографии,полученнойописанным выше методом, изображен на рис.3. На фотографии доменнаяграница движется слева направо. Первому положению ДГ соответствуетпереход от светлой части фотографии к темной, второму – от темной ксветлой, и третьему - вновь от светлой части к темной. Из фотографииотчетливо видно, что вдоль доменной границы сверху вниз движетсяуединенная изгибная волна, которая сопровождает АФМ вихрь. Эта волнаимеет резкий передний и затянутый задний фронты.t1t2t3100 мкмРис.3.

Трехкратная высокоскоростная фотография динамической доменной структуры.t2 - t1 = 8 нс, t3 - t2 = 6 нс; v =11.5, w =20, u = 16.4.Третья глава. В третьей главе описывается квазирелятивистскаясверхзвуковаядинамикадоменныхграницвпластинкахYFeO3.Представленные в работе экспериментальные зависимости скоростидвижения доменных границ от величины внешнего магнитного поля для12исследуемых образцов толщиной 40, 50 и 80 мкм (рис.4) хорошосогласуютсясквазирелятивистскойформулойv( H ) =µH µH 1+  c 2,полученной А.К.Звездиным, В.Г.Барьяхтаром и Б.А.Ивановым, где Н продвигающее магнитное поле, v – скорость ДГ, µ - подвижность ДГ.Подвижности доменных границ в этих образцах равны 10000, 12000 и14000 см/с·Э соответственно.20V, км/с18161412108123642H, Э00200400600800Рис.4.

Зависимость скорости движения доменной границы от величины импульсногомагнитного поля для пластинок ортоферрита иттрия толщиной 80 мкм – 1, 50 мкм - 2 и40 мкм – 3. Сплошными кривыми изображены теоретические зависимости.Кроме этого в данной главе обсуждаются особенности, существующиена полевой зависимости скорости доменной границы в ортоферритеиттрия. На этой зависимости наблюдаются области постоянства скоростидвижения ДГ в виде “полочек”, обусловленные магнитоупругими13аномалиями. Сильнее других магнитоупругие аномалии выражены прискоростях движения ДГ, равных скорости поперечного (4 км/с) и, реже,продольного (7 км/с) звука в ортоферрите иттрия.

Существованиезвуковых полочек связано с торможением доменных границ, вызванныхизлучением акустических фононов.Четвертая глава. В четвертой главе представлены результатыисследования динамики уединенных изгибных волн, сопровождающихантиферромагнитныевихри, в пластинках ортоферрита иттрия разныхтолщин.Скорость движения УИВ, сопровождающей вихрь, вдоль доменнойграницы (u) сначала монотонно возрастает с ростом скорости движениясамой ДГ (v), достигает максимума, а затем уменьшается по мереприближения скорости движения ДГ к ее предельному значению.Убывающий участок зависимости u(v) хорошо описывается соотношениемu2+v2=c2, полученным А.К.Звездиным и А.Ф.Попковым [3] при анализединамики кинков больших амплитуд на доменной границе ортоферритаиттрия, где с – максимальная скорость спиновых волн равная 20 км/с(рис.5, рис.7).

Причем на возрастающей части зависимости имеет местосоотношение u2+v2=w2. А полная скорость движения уединенной изгибнойволны (w), сопровождающей АФМ вихрь, с ростом скорости движениядоменнойграницы(v)достигаетнасыщенияприскоростях(v),соответствующих максимуму на зависимости u(v) (рис.6, рис.8).Такаянеобычнаядинамикауединенныхизгибныхволн,сопровождающих АФМ вихри, является следствием действия на вихриочень больших гироскопических сил, приводящих к насыщению полнойскорости движения УИВ (w=20км/с) при скоростях движения ДГ,существенно меньших предельной.

Динамика вихрей, также как идоменных границ, является сверхзвуковой и квазирелятивистской с14предельной скоростью движения 20 км/с, равной скорости спиновых волнна линейном участке их закона дисперсии. Квазирелятивизм динамикиантиферромагнитных вихрей в доменных границах ортоферрита иттрияявляется результатом присутствия в Лагранжианеэтого кристаллаЛорентц-инвариантной части. Эта часть Лагранжиана ответственна и заквазирелятивизм динамики самих доменных границ ортоферритов.20u, км/с16u2+v2=c2121284v, км/с004812Рис.5. Зависимость скорости движения АФМ1620вихря вдоль доменной границы отскорости самой доменной границы для пластинок YFeO3 толщиной 40 и 80 мкм.Сплошными кривыми 1 и 2 изображены эмпирические зависимости.1 ── 80 мкм, α = 3,2;2 ── 40 мкм, α = 2,6Было установлено, что от толщины исследуемого образца зависитмаксимальнаявеличинаамплитудуединенныхизгибныхволн,сопровождающих антиферромагнитные вихри.

При исследовании образцатолщиной 80 мкм максимальная амплитуда УИВ составила ~ 9 мкм, в товремя как в образце, имеющем толщину 40 мкм, ~ 16 мкм.Из рис.5 видно, что зависимость u(v), построенная для образцатолщиной 80 мкм, имеет максимум в области меньших скоростей v и15больших скоростей u по сравнению с положением максимума на подобнойзависимости для образца толщиной 40 мкм. А полная скорость движенияАФМ вихря выходит на насыщение при меньших скоростях v для болеетолстого образца толщиной 80 мкм (рис.6).24w, км/с2016121284v, км/с0024681012141618Рис.6. Зависимость полной скорости движения АФМ вихря от скорости доменнойграницы для пластинок YFeO3 толщиной 40 и 80 мкм. Сплошными кривыми 1 и 2изображены эмпирические зависимости.1 ── 80 мкм, α = 3,2; 2 ── 40 мкм, α = 2,6.На рис.7 представлены зависимости u(v) соответствующие разныминтервалам амплитуд УИВ, сопровождающих АФМ вихри, для образцов,имеющих толщины 40, 50 и 80 мкм.