Динамика доменной стенки в двухслойной сильноанизотропной ферромагнитной пленке (1102849)
Текст из файла
На правах рукописиМастин Аркадий АнатольевичДинамика доменной стенки в двухслойной сильноанизотропнойферромагнитной пленке01.04.07. – Физика конденсированного состоянияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква -2009Работа выполнена на кафедре молекулярной физики физическогофакультетаМосковскогогосударственногоуниверситетаим.М.В.Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Н.Н. СысоевОфициальные оппоненты:доктор физико – математических наук,профессор, Поляков П.А.кандидат физико – математических наук,Гочелашвили К.С.Ведущая организация:Башкирский государственный университетЗащита состоится 17 июня 2009 года в 1530 часов на заседаниидиссертационного совета Д 501.002.01 в Московском государственномуниверситете им. М.В.
Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, г. Москва,Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет.Сдиссертациейможноознакомитьсявбиблиотекефизическогофакультета МГУ им. М. В. Ломоносова.Автореферат разослан«22» апреля 2009 годаУченый секретарьдиссертационного советакандидат физико-математических наукТ.В. Лаптинская2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы Тонкие магнитные пленки привлекают к себевнимание исследователей последние несколько десятилетий, причемвнимание это постоянно возрастает. Изучение свойств пленок, сравнениеих со свойствами объемных конденсированных сред позволяют получитьболее полное представление о природе магнетизма в кристаллическихнеорганических веществах, в том числе при различных внешнихвоздействиях.
Кроме того, магнитные пленки являются объектомпрактического интереса, который усилился после начала исследованиямногослойных магнитных систем. В таких средах возможно присутствие,как слоёв различных магнитных материалов, так и немагнитных прослоек,а свойства многослойных систем в конденсированных средах могутзначительно отличаться от свойств любого из компонентов системы.Интерес к магнитным многослойным диэлектрическим структураммотивируетсяихмногочисленнымиприменениями,какужереализованными, так и разрабатываемыми в области твердотельнойэлектроники, например, в качестве высокочувствительных сенсоровмагнитных полей, устройств записи, логики и хранения информации.Большойинтереспроявляетсякисследованиямимпульсногоперемагничивания пленок феррит – гранатов, исследованиям динамикидоменных стенок (ДС) в больших магнитных полях, высокочастотнымсвойствам ДС.Средиобъектовисследованийособоеместозанимаютмонокристаллические пленки феррит-гранатов (МПФГ), выращиваемыеметодом жидкофазной эпитаксии из переохлажденного раствора-расплава.ЭпитаксиальныеМПФГобладаютуникальнойвозможностьюварьирования химического состава.
Наличие трех магнитных подрешеток,связанных ферримагнитным взаимодействием, и наведенной в процессероста магнитной анизотропии дает возможность в зависимости от составаМПФГ в широких пределах изменять их свойства и параметры.3Основным методом выращивания МПФГ является метод жидкофазнойэпитаксии из переохлажденного раствора-расплава. Важной особенностьюжидкофазнойэпитаксииявляетсяобразованиепереходногоповерхностного слоя на границе пленка-подложка (ПП), отличающегося похимическому составу и магнитным параметрам от основного объемапленки.
Другими словами, МПФГ, выращенные методом жидкофазнойэпитаксии, являются как минимум двухслойными.Теория движения ДС посвящена в основном однородным пленкамМПФГ. Несомненный интерес представляют исследования динамическихсвойств ДС в МПФГ, неоднородных по толщине. Актуальность такихисследований существенно повышается, в частности, в связи с большимиуспехами в разработке магнитооптических устройств. В этих устройствахдляуправлениядвижениемДСможноиспользоватьэффекты,обусловленные неоднородностью пленки по толщине и существованиемпереходного слоя. В связи с этим исследование динамики ДС вдвухслойнойоднооснойсильноанизотропнойпленкеМПФГпредставляется актуальным как с точки зрения фундаментальныхисследований, так и с практической точки зрения.Цель работыЦелью работы является исследование динамики ДС численнымметодом в рамках математической модели для магнитооднооснойсильноанизотропной двухслойной пленки с различной намагниченностьюнасыщения, одноосной анизотропией, параметром затухания Гильберта игиромагнитным отношением слоев в приближении Слончевского.
В работебыли поставлены следующие задачи:1. Разработка и анализ численной схемы решения уравненийСлончевского, описывающих динамику сквозной ДС в двухслойнойпленке с различными параметрами слоев.2. ИсследованиеособенностейскрученнойструктурыДСвдвухслойной пленке с различной намагниченностью насыщения слоев, а4также исследование зарождения и динамики горизонтальных блоховскихлиний (ГБЛ) в данном случае.3.
Исследование влияния внешнего магнитного поля на скорость ДСв двухслойной пленке с различной намагниченностью насыщения,однооснойанизотропией,параметромзатуханияГильбертаигиромагнитным отношением слоев.4. Исследование влияния намагниченности насыщения, однооснойанизотропии, параметра затухания Гильберта, гиромагнитного отношенияи толщины слоев пленки на зависимости поля и скорости срывастационарного движения ДС.Научная новизна работы1. Впервые на основе предложенной схемы решения уравненийСлончевского рассчитана скрученная структура ДС в двухслойной пленкес различной намагниченностью насыщения слоев.2.
Впервые обнаружены максимумы на зависимости скорости ДС вобласти нестационарного движения, связанные со сложным механизмомдвижения ГБЛ.3. Впервые исследовано влияние намагниченности насыщения,одноосной магнитной анизотропии, параметра затухания Гильберта,гиромагнитного отношения и толщины слоев пленки на поле и скоростьсрыва стационарного движения ДС.4. Впервые показано, что в рамках модели Слончевского вдвухслойной пленке с разным знаком гиромагнитного отношения слоеввозможно существенно увеличить как поле, так и скорость срывастационарного движения ДС.Достоверность результатовДостоверность полученных результатов подтверждается совпадениемрезультатов расчетов с экспериментальными данными и результатамичисленных расчетов других авторов.5Практическая значимость работыПредложеннаясхемарасчетадинамикиДСвдвухслойноймагнитоодноосной сильноанизотропной пленке может быть использованадля исследования динамики ДС в многослойных пленках.
Схема расчетатакже позволяет исследовать взаимодействие ДС с различными видамимагнитных неоднородностей, возникающими на ее пути при движении, атакже динамику ДС в пленках переменной толщины. Результаты поисследованию динамики ДС, в двухслойной пленке, полученные в работе,могут быть использованы при разработке новых магнитных материалов.Основные положения, выносимые на защиту1. Минимальное поле и скорость срыва стационарного движения ДСв двухслойной пленке достигается при равной намагниченности и равнойодноосной анизотропией слоев пленки.2. Обнаруженные в области нестационарного движения пикискорости ДС в двухслойной пленке с различной намагниченностьюнасыщения, одноосной анизотропией и параметром затухания Гильбертаобъяснены механизмом движения ГБЛ.3.
Увеличение параметра затухания Гильберта одного из слоевпленки линейно увеличивает поле срыва стационарного движения ДС и невлияет на скорость срыва стационарного движения ДС.4. Вдвухслойнойпленкесразнымзнакомгиромагнитногоотношения слоев, возможно, увеличивать поле и скорость срывастационарного движения ДС за счет компенсации общего момента силдействующего на намагниченность в ДС.Апробацияработы.Материалыдиссертацииобсуждалисьнаконференциях: V Всероссийской молодежной научной школе “Материалынано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физическиесвойства и применение” (Саранск, 2006), ХIV Международной научнойконференциидлястудентов,аспирантовимолодыхученыхпофундаментальным наукам “Ломоносов 2007” (Москва, 2007), Научной6конференции “Ломоносовские чтения” (Москва, 2007), VI Всероссийскоймолодежной научной школе “Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники иволоконной оптики: физические свойства и применение” (Саранск, 2007),ХV Международной научной конференции для студентов, аспирантов имолодых ученых по фундаментальным наукам “Ломоносов 2008” (Москва,2008), Научной конференции “Ломоносовские чтения” (Москва, 2008),Moscow International Symposium on Magnetism (Москва, 2008), VIIВсероссийской молодежной научной школе “Материалы нано-, микро-,оптоэлектроникииволоконнойоптики:физическиесвойстваиприменение” (Саранск, 2008), Молодежной школе-семинаре по проблемамфизики конденсированного состояния вещества (Екатеринбург, 2008).Структура и объем диссертацииДиссертационная работа состоит из введения, основной части,состоящей из четырех глав, списка основных результатов и выводов,списка, списка условных сокращений и обозначений и списка литературыиз 78 наименований.
Общий объем диссертации составляет 137 страниц,включая 129 рисунков и 9 таблиц.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы, сформулирована цельработы и поставлены задачи исследования, изложены защищаемыеположения, кратко описана структура диссертации.В первой главе приводится краткий литературный обзор, в которомосвещено современное состояние изложенных в диссертации вопросов.Приведены модели Блоха и Нееля доменной стенки и результаты влиянияполя рассеяния на структуру ДС. Рассмотрено влияние температуры надоменнуюструктуруПроанализированывдвухслойнойразличныепленкемоделиферритдоменной–граната.структуры,реализующиеся в двухслойных пленках. Представлены экспериментальныерезультаты по исследованиям неоднородности пленок феррит-гранатов потолщине.7Во второй главе проанализирована разностная схема нелинейнойдифференциальной системы уравнений Слончевского (1), описывающихдвижение ДС в материалах с большим фактором качества Q>>1:2Mγ(q& − αΔϕ& ) = 4πΔM 2 sin 2ϕ − 4ΔA∇ 2ϕ − πΔMH y cos ϕ(1)2M ⎛α ⎞2⎜ ϕ& + q& ⎟ = 2 MH z + σ∇ qγ ⎝Δ ⎠где M – намагниченность насыщения, γ – гиромагнитное отношение,q=q(z) – профиль ДС, z – ось координат, перпендикулярная плоскостипленки, x – ось координат, параллельная плоскости ДС, y – ось координатперпендикулярнаяплоскостиДС,φ = φ(z) –фазовыйуголнамагниченности в плоскости x0y, σ – плотность поверхностной энергииДС, Δ – ширина ДС, α – безразмерный параметр затухания Гильберта, A константа неоднородного обменного взаимодействия, H – внешнеемагнитноеполе, которое прикладывается вдоль оси z; Hy – поле,перпендикулярное плоскости ДС.
При переходе к дискретному аналогупленки получена алгебраическая система уравнений:Aiϕ in+1 + Biϕ in + C iϕ in−1 + q in = f1in −1 ,ϕ in + K i qin+1 + Li qin + M i qin−1 = f 2ni −1 ,(2)где i – индекс схемы по толщине пленки, n – индекс схемы по времени,Ai =2Δ i Ai γ i p4Δ A γ p2Δ i Ai γ i p, Bi = − i i i − α i Δ i , C i =,MiMiMif1in −1 = 2πΔ i M i γ i sin 2ϕ in −1τ + qin −1 − α i Δ iϕ in −1 − 0.5πΔ i M i H yi γ iτ ,Ki =− σ iγ i pσγ p α− σ iγ i pα, Li = i i + i , M i =, f 2ni −1 = H zγ iτ + ϕin −1 + i qin −1 .Mi2M i2M iΔiΔiСистема линейных уравнений (2) решалась методом прогонки длякаждого слоя в отдельности и сшивалась на границе раздела слоев:ϕ i = θ i +1ϕ i +1 + β i +1 qi +1 + λi +1 ,qi = ω i +1ϕ i +1 + ε i +1 qi +1 + μ i +1 .(3)На свободных поверхностях пленки реализуются граничные условия:8∂ϕ∂z∂q∂z= 0,z =0,h(4)= 0,z =0,hили в дискретном виде:ϕ1 = ϕ 2 , ϕ N −1 = ϕ N , q1 = q 2 , qN −1 = qN .(5)Для выполнения (4) достаточно задать:θ1 = 1, β 1 = 0, λ1 = 0, ω1 = 0, ε 1 = 1, μ1 = 0.(6)На межслойной границе двухслойной пленки должны выполнятьсяграничные условия:∂ϕ1∂z=z = h1∂ϕ 2∂z,z = h1∂q1∂z∂q 2∂z=z = h1, ϕ1z = h1z = h1= ϕ2z = h1, q1 z = h = q21z = h1(7).Для выполнения этих граничных условий достаточно принять, что:θ 2,1 = θ1, N +1 , β 2,1 = β1, N +1 , λ2,1 = λ1, N +1 , ω 2,1 = ω1, N +1 , ε 2,1 = ε 1, N +1 , μ 2,1 = μ1, N +1 , (8)111111где первая цифра в индексах означает номер слоя пленки, N1 – количествоточек разностной схемы по толщине в первом слое пленки.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
