Автореферат (1103647), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Результаты диссертации опубликованы в 5 печатных работах в реферируемых журналах (две из них – в журналах из списка ВАК).Личный вклад автора. Проведенные экспериментальные исследованияи результаты, полученные на основе микромагнитного моделирования, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Обсуждение результатов и подготовка публикаций осуществлялись совместно с соавторами.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,трех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 112 страниц, включающих 5 таблиц и 52 рисунка.
Библиография содержит87 наименований.6Краткое содержание работыВо введении дано обоснование актуальности темы диссертационной работы и ее практической значимости, сформулированы цели работы, ее научнаяновизна и приведены положения, выносимые на защиту.За введением следует первая глава, представляющая собой обзор литературы, в котором рассмотрены теоретические следствия наличия в вещественеоднородного магнитоэлектрического (МЭ) взаимодействия и его экспериментальные проявления.
Также рассмотрены свойства эпитаксиальных пленок ферритов гранатов, являющихся перспективными материалами для изучения неоднородного МЭ эффекта. Последний раздел литературного обзора посвящен описанию различных подходов к управлению магнитными доменными границами иих применению в устройствах памяти.Во второй главе изложены результаты экспериментов по управлениюэлектрической поляризацей магнитных доменных границ (ДГ) в эпитаксиальныхпленках ферритов гранатов.Характерные особенности электроиндуцированного движения ДГ в такихпленках [12] позволили предположить, что механизмом, отвечающим за это движение, является неоднородный магнитоэлектрический эффект: доменные границы в исследованных образцах могут обладать электрической поляризацией,которая и реагирует на электростатическое поле.
Анализ периодических спиновых структур в спиральных магнетиках показывает, что выражение для вектораэлектрической поляризации такой структуры можно привести к следующему виду [11, A3]:⃗ × ⃗].⃗ ∼ [Ω(1)⃗ – нормаль к плоскости вращения намагниченности, а ⃗ – волновойЗдесь Ωвектор структуры (направление модуляции). Доменную границу можно рассматривать как половину периода подобной структуры, тогда ⃗ – это направление отодного домена к другому (нормаль к плоскости ДГ). В случае блоховской гра⃗ ‖ ⃗ и ⃗ = 0, а вот для границы Нееля Ω⃗ ⊥ ⃗ : ⃗ → , причемницы Ωдвум возможным направлениям разворота намагниченности соответствуют про⃗ .
В исследовавшихся пленках энергетически болеетивопложные направления выгодными являются границы Блоха, но т.к. ось легкого намагничивания в нихотклонена от нормали [13, 14], структура ДГ будет отличаться от чисто блоховской, а поляризация границы будет отлична от нуля.Предлагаемую гипотезу можно проверить достаточно просто: если поляризация есть следствие определенной микромагнитной структуры границы, тоизменив эту структуру, мы увидим изменения в реакции границы на внешнее7электрическое поле. Также новую информацию о наблюдаемом явлении можнополучить, создавая электростатические поля различной конфигурации.В эксперименте были исследованы эпитаксиальные пленки феррита граната ()3 ( )5 12 (толщина порядка 10 мкм), выращенные на подложкахиз гадолиний-галлиевого граната 3 5 12 с кристаллографической ориентацией (210) и (110).
Для создания электростатического поля использовалась металлическая проволока толщиной около 10 мкм с заостренным концом, котораякасалась поверхности образца. В качестве заземляющего электрода использовалась фольга, примыкающая к подложке исследуемой пленки. Также на поверхность одного из образцов методом фотолитографии были напылены тонкиедорожки из палладия (6 − 8 мкм в ширину, 500 мкм в длину) с контактными площадками на конце. В экспериментах с этим образцом проволочный зондподводился к контактной площадке выбранной дорожки.Рис.
1: Схема эксперимента: электрическое поле создается между зондом (1) и заземляющимэлектродом (2); пленка феррита-граната (3) и подложка (4) просвечиваются лазерным излучением,которое через отверстие в заземляющем электроде проходит в оптическую систему (5); катушки (6)создают магнитное поле в плоскости исследуемой пленки.Схема получения изображения магнитной структуры в эксперименте такова: излучение лазера проходит через поляризатор, исследуемый образец (в заземляющем электроде было проделано отверстие диаметром ∼ 0.3 мм), анализатор и, через микроскоп и электронно-оптический преобразователь, – в объективцифровой фотокамеры, соединенной с ПК.
Магнитное поле, используемое дляперестройки микромагнитной структуры образца, создавалось катушками индуктивности ((6) на рис. 1), ориентированными так, что поле лежит в плоскостиисследуемой пленки.В экспериментах с образцом, на поверхность которого были нанесены полосковые электроды, наблюдалось поведение доменных границ, отличное от экспериментов с зондом-иглой: при подаче напряжения на электрод, параллельный8доменной структуре, области изображения, соответствующие доменным границам, становились шире, ширина таких областей монотонно увеличивалась с ростом напряжения на электроде (рис. 2).(а) Разностный кадр, изображения доменной структуры(б) Ширина изображения границы впри напряжениях на электроде 0 В и 1500 В.
1 – ДГ, 2 –зависимости от напряжения на электродеэлектрод; черные области соответствуют уширеннымучасткам границРис. 2: Действие электрического поля полоскового электрода, параллельного доменной структуре,на доменные границы.Если ДГ обладают электрической поляризацией, и ее компонента, перпендикулярная поверхности пленки, отлична от нуля, то с каждой границейсвязана пара разноименных электрических зарядов на верхней и нижней гранях образца. В этом случае действие электрического поля на границу сходно сдействием на диполь – диполь затягивается в область большей напряженностиэлектрического поля и ориентируется вдоль его силовых линий. Поле полоскового электрода в первом приближении можно считать полем заряженной нити.Границы справа и слева от электрода стремятся притянуться к зонду или оттолкнуться от него (в зависимости от знака потенциала на зонде).
Но смещению протяженного участка границы (длина электрода – 500 мкм) препятствуютмагнитостатические силы, сохраняющие площади доменов. В этом случае напервый план выходит переориентация диполя, т.е. наклон плоскости границы,который для наблюдателя выглядит как уширение ее изображения.Микромагнитную структуру доменной границы можно изменить, приложив внешнее магнитное поле. Наилучшей конфигурацией поля для проверкивыдвинутой магнитоэлектрической гипотезы является однородное поле, перпендикулярное плоскости ДГ. В таком поле величина неелевской составляющей вструктуре границы должна увеличиться, а ее электрическая поляризация – возрасти.9В отсутствие внешнего магнитного поля все доменные границы либопритягиваются к зонду (при положительном потенциале на нем), либо отталкиваются от него (при отрицательном потенциале), т.е. направление разворотанамагниченности, в соответствии с (1) в них одинаково.(а) H = 0 Э(б) H = 36 Э(в) H = 84 ЭРис.
3: Рост электроиндуцированного смещения доменной границы при увеличении напряженностивнешнего магнитного поля. Тонкая темная вертикальная линия – ДГ. Темный объект в правой частикадра – зонд. Напряжение на зонде = 1500 В.При включении внешнего магнитного поля, характер движения границ в⃗электрическом поле меняется.
Смещение границы либо растет с величиной ⃗ на(при постоянном потенциале на зонде), либо, при изменении направления противоположное – уменьшается, становится равным нулю и далее увеличивается по абсолютной величине (притяжение сменяется отталкиванием). При этомесли данная граница все сильнее затягивается под иглу при увеличении напряженности магнитного поля, то для соседних с ней двух ДГ картина обратная –усиливающееся отталкивание. Условимся называть границы, слева от которых(относительно оси [001]) намагниченность направлена вверх, границами типаА, а границы, слева от которых намагниченность направлена вниз, границамитипа Б.Смещения границ измерялись по изображению, полученному в результате вычитания двух экспериментальных кадров: в отсутствие напряжения назонде и при поданном напряжении.
Для двух образцов по результатам наблюдений были построены графики зависимости величины электроиндуцированногосмещения границ типов А и Б от напряженности магнитного поля – рис. 4а,4б.Наша интерпретация наблюдаемого поведения ДГ заключается в следующем: во внешнем магнитном поле вектор намагниченности стремится быть со⃗ . Для поля, перпендикулярного плоскости границы, возможнынаправленным с ⃗ ·⃗ ) > 0,два случая: если для направления намагниченности в центре ДГ (то структура границы по мере роста напряженности магнитного поля приближается к неелевской, а ее поляризация растет, что и приводит к большему смеще⃗ ·⃗ ) < 0) граница сначала переходит в состояниению.
В противном случае ((10(а) Образец №1 (210)(б) Образец №2 (210)Рис. 4: Электроиндуцированное смещение ДГ типов А и Б в зависимости от величины магнитногополя, перпендикулярного плоскости границы. Магнитное поле в эрстедах, смещение – в микронах.Напряжение на зонде: +1500 В.с распределением намагниченности, подобным блоховскому. В этом состоянииполяризация ДГ близка к нулю, и электрическое поле зонда не вызывает смещения границы.
При дальнейшем увеличении напряженности поля, граница такжепереходит в границу сходную с ДГ Нееля, но с противоположным направлением разворота намагниченности (киральностью; рис. 5). Последнее означает⃗ → −Ω⃗ , что, в соответствии с формулой (1), приводит к ⃗ → −⃗ , поэтоΩму граница, которая притягивалась к зонду, начинает отталкиваться от него инаоборот.Величины || = , при которых происходит такая трансформация вструктуре ДГ, для исследовавшихся образцов с кристаллографической ориентацией (210) составляют десятки эрстед.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
