Диссертация (1103589), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Существуюттакже работы, в которых теоретически и экспериментально изучаетсявзаимовлияние нанодисков Co, расположенных в плотных массивах[87, 59]. Показано, что, хотя параметры расположения дисков в массивевлияют на условия возникновения вихревой намагниченности, даже41при плотной упаковке частиц (в плоскости) вихревая намагниченностьвозможна.Исходя из измеряемых величин, экспериментальные методыизучения структур с намагниченностью типа вихревой можноразделить на несколько групп. Во-первых, это методы, дающиеинформацию о средней намагниченности в частице, из которых, помимообсуждавшихся выше магнитооптических методов, могут применятьсядругие магнитометрические методики, такие как магнитометры свибрирующим образцом, СКВИД и другие [88]. Недостатком этихметодов является, как правило, недостаточно высокое пространственноеразрешение для прямого измерения распределения намагниченности.Этого недостатка нет у методов зондовой микроскопии, в частности,с помощью магнито-силовой микроскопии можно определить какнаправление вихря, так и −компоненту намагниченности в областисердцевины [60, 59].
Отдельно стоит выделить методы рентгеновскоймикроскопии, которые обладают одновременно высоким разрешением,чувствительностью к намагниченности, благодаря эффекту циркулярногоили линейного магнитного дихроизма, и сверхвысоким временнымразрешением. Сочетание этих свойств позволило визуализироватьсверхбыструю динамику нестационарного вихревого состояния [89] впрямоугольных структурах из CoFe и смены полярности сердцевиныв параллелепипедной структуре из пермаллоя размерами 500 × 500 × 40нм [90].
В заключение отметим, что применение микроскопии высокогоразрешения с 100-кратным иммерсионным объективом позволяет провестианалогичные измерения магнитооптическим методом в видимом диапазоне,но на структуре размером 5 × 5 мкм, что продемонстрировано в работе[91].1.4.2.ВихреваянамагниченностьнаноструктурахвасимметричныхИсследовавшиеся в большинстве приведенных выше работструктуры цилиндрической формы в силу своей симметрии неимеют предпочтительного направления вихря в отсутствии магнитнойанизотропии в плоскости основания цилиндра. Для появленияпредпочтительного направления необходимо наличие такой операциисимметрии в системе, относительно которой структура не инвариантна,42а вихрь меняется на противоположный. Если рассматривать процессформирования вихря из упорядоченного начального распределения⃗ 0 = ,намагниченности, например, однородного распределения котороевсегдаможносформировать,приложивдостаточнобольшое (насыщающее) внешнее поле, то (псевдо)вектор начальнойнамагниченности дополнительно снижает исходную симметриюсистемы.
Рассмотрим для примера структуру, зеркально-симметричнуюотносительно плоскостей и , но не симметричную относительноплоскости , в которой возможно вихревое состояние в плоскости ,⃗ = · ⃗ ,характеризуемое полярным вектором углового момента где ⃗ – орт вдоль оси . Такой симметрией, в частности, обладаютструктуры типа сегмента (рис. 1.10), если ось ⃗ направить вдоль нормали⃗ 0 ‖ ⃗ , то онасегмента а ось ⃗ вдоль хорды.
Если в такой структуре остаётся инвариантной при зеркальной симметрии относительно ⃗ 0 → −⃗ 0, ⃗ → −,⃗ то естьпри дополнительном преобразовании одновременной смене знака начальной намагниченности и направлениявихря. Симметрия относительно плоскости сохраняется без изменения⃗ 0 и ,⃗ а значит, можно считать, что замена ⃗ 0 → −⃗ 0 просто приводит⃗ → −.⃗ Таким образом, в указанной геометрии оправданнок замене ожидать связи предпочитаемого направления магнитного вихря с знакомначальной намагниченности.
Для сравнения, если в такой же системе⃗ 0 ‖ ⃗ интуитивно видно, что асимметрия пропадает. Действительно, приотражении относительно система по-прежнему остаётся инвариантной⃗ 0 → −⃗ 0, ⃗ → −,⃗ однако теперь при отражении относительнопри ⃗ 0 → −⃗ 0, ⃗ → ,⃗ такимплоскости структура перейдёт в себя при ⃗0 и ⃗ пропадает.образом однозначная связь между знаками Образование вихревого распределения намагниченности вструктурах типа сегмента хорошо изучено экспериментально и с помощьючисленного моделирования [92, 93, 94, 95].
Показано, что в такихструктурах действительно удаётся получить контролируемое направлениемагнитного вихря, а в случае массива частиц достигается формированиеодинаковых вихревых распределений в большинстве частиц массива.Применение такого подхода позволяет получить магнитооптическийотклик чувствительный к направлению вихря, что обычно затрудненов силу субмикронного размера одиночных частиц. Для этого в работах[96, 93] поверх магнитных асимметричных частиц, в которых образуется43Рис. 1.10 :Схема структуры типа сегмент с рассчитанной вихревой намагниченностью(слева) и результат измерения лорентцовской электронной микроскопии с отмеченнымнаправлением вихря для частицы пермаллоя диаметром 700 нм (справа) [92].контролируемое вихревое состояние, наносилась несимметричнаянемагнитная маска, которая изменяет коэффициент отражения отчасти структуры.
Таким образом участки структуры, имеющиепротивоположные величины намагниченности, дают разный вклад вотражение, делая детектируемый усреднённый магнитооптический сигналзависимым от ориентации вихря. На полученных для таких структурзависимостях магнитооптического отклика от величины внешнего поля(рис. 1.11) видно, что при = 0 для структур без дополнительногослоя магнитооптический сигнал отсутствуют, так как вклады участков спротивоположной намагниченностью компенсируют друг друга. В то жевремя для структур с дополнительным асимметричным слоем имеетсямагнитооптический сигнал, знак которого противоположен для разныхветвей петли гистерезиса, соответствующих разным направлениям вихря.Помимо структур типа сегмента или кольца [96] изучались такжемагнитные наночастицы в виде правильных многоугольников [97].
Вэтом случае обсуждавшаяся асимметрия и связанное с ней упорядочениевихревой намагниченности возможны при нечётном количестве сторон.Простейшим случаем является треугольная структура, начальнаянамагниченность в которой параллельна одной из сторон. На рис. 1.12представлены результаты магнито-силовой микроскопии многоугольныхструктур на которых хорошо видна зависимость направления вихря отначальной намагниченности для треугольных и пятиугольных структур иотсутствие данного эффекта для квадратных [97].44Рис.
1.11 :Зависимость угла поворота плоскости поляризации при измерении МОЭК вмеридиональной геометрии от внешнего магнитного поля для различных долей (указаны навставке) площади структуры, покрытой дополнительным слоем [93].Возможностьформированияконтролируемогонаправлениявихревого распределения намагниченности, одинакового для всех частицв макроскопических (размерами порядка 100 × 100 мкм) массивах, можнотрактовать как получение макроскопического вихревого состояния или,более строго, состояния с отличным от нуля средним угловым моментом⟨ ⟩ , где усреднение производится по объему всего массива. Втаком случае при изучении формирования вихревой намагниченности нетнеобходимости иметь высокое пространственное разрешение. В частности,если предположить, что в магнитооптическом отклике есть составляющие,зависящие от направления вихря, они должны проявиться не только приизучении отдельной частицы, но и всего массива в среднем.
Кроме того,поскольку зависит от начальной намагниченности, эти составляющиедолжны быть различны на разных ветвях петли гистерезиса и иметьмаксимальную разницу при малом внешнем поле.В работе Удалова с соавторами [98] из соображений симметриипредлагается геометрия, в которой возможно проявление такого вклада ипроведено его экспериментальное исследование. Для этого исследоваласьдифракция света на массиве наночастиц из кобальта треугольной формы,в которых, как обсуждалось выше, формируется контролируемое вихревое45Рис. 1.12 :Результат МСМ в треугольных, квадратных и пятиугольных структурахиз пермаллоя толщиной 40 нм, диаметр 1 мкм. В столбцах слева направо: схематичноеизображение частицы и вихря, начальное распределение намагниченности, распределениепосле приложения насыщающего поля +нас , распределение после приложения −нас [97].Рис. 1.13 :Зависимость относительного изменения эффективности дифракции в первыйпрошедший максимум от внешнего магнитного поля H.
H лежит в плоскости падения исовпадает с (а) высотой (б) стороной треугольной структуры [98].46состояние. Длина стороны частиц составляла 700 нм, толщина 30 нм,частицы располагались в узлах квадратной решетки периодом 1400 нмна площади 500 × 500 мкм. В работе было обнаружено изменениеэффективности дифракции в первый дифракционный максимум,зависящее от ⟨ ⟩ при измерении зависимости от внешнегомагнитного поля, параллельного стороне треугольной структуры иплоскости падения рис. 1.13.
В работе подчеркивается отсутствие такогоизменения, когда магнитной поле приложено вдоль оси симметриитреугольной структуры и формирование вихрей различных направленийравновероятно. Примечательно, что обнаруженный вклад являетсяпрямым влиянием неоднородности намагниченности на оптическийотклик.1.4.3.Генерация второй оптической гармоники в структурах смагнитным тороидным моментомВ структурах, в которых неоднородность намагниченности намасштабах, меньших или сравнимых с длиной волны, изменяетсимметрию системы, возможно появление дополнительных ненулевыхкомпонент тензора квадратичной восприимчивости, которые запрещёныв электро-дипольном приближении при однородной намагниченности.Наиболее естественным примером таких объектов могут быть материалы,в которых в основном состоянии упорядоченность намагниченностиотлична от ферромагнитной.
В работе Фиебига и соавторов [99]исследовалась генерация второй гармоники в центросимметричныхантиферромагнетиках. Была показана чувствительность ВГ к изменениютемпературы, соответствующая фазовому переходу в антиферромагнетике,а также, возможность, анализируя излучение ВГ, различать такназываемые S-домены, которые отличаются направлением, вдоль которогоупорядочиваются магнитные моменты. Аналогичные результаты былиполучены и для более сложных соединений [100], что подтверждаетчувствительность ВГ к параметрам антиферромагнитного упорядочения.Теоретически возможным для некоторых сред является так называемоеферротороидное упорядочение [101], при котором магнитные моментыв различных узлах кристаллической решетки неколлинеарны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
