Диссертация (1103648), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В пленках с ориентацией (110)доменная структура имеет лабиринтный тип (за исключением образца №6), ауглы отклонения от нормали меньше: ∼ 10∘ и ∼ 1.5∘ (углы отсчитываются отнаправлений [110] и [110] соответственно) [52, 53].Рисунок 2.1: Направление намагниченности в доменах образцов с кристаллографическойориентацией (210).
Серым цветом обозначена плоскость доменной границы.4546(210)(210)(210)(210)(110)(110)(110)23456784.26.311.611.018.79.97.410.016376-446262775491440362628443429001665-1054-312-498731853561322-10161555181332081275, эрг/см39871200-18303338339853332445ℎ, эрг/см3анизотропии, ℎ – константа ромбической анизотропии– намагниченность насыщения, – период доменной структуры, - константа одноосной анизотропии, – константа кубическойТаблица 2.1: Параметры исследуемых образцов.
Подложки – кристаллографическая ориентация подложки образца, ℎ – толщина пленки, (210)1№ образца Подложка ℎ, мкм 4, Гс , мкм , эрг/см3Для создания электростатического поля использовалась металлическая(медная или вольфрамовая) проволока толщиной около 10 мкм с заостренным концом, которая касалась поверхности образца. Величину напряженияна проволоке-“игле“ можно было изменять в пределах от 400 до 1500 В, при = 1500 В напряженность электрического поля на острие имеет величину порядка единиц мегавольт на сантиметр. Пробоя в образце не возникало,поскольку, во-первых, ()3 ( )5 12 является диэлектриком ( ∼ 10),а во-вторых, поле спадает обратно пропорционально квадрату расстояния отконца иглы и вблизи дна подложки не превышает сотен вольт на сантиметр.Использованный тип зонда удобен тем, что позволяет исследовать действиеего поля на небольшой участок выбранной доменной границы.
С другой стороны, острие такого зонда получается неровным, поэтому точную конфигурацию электрического поля на нем невозможно контролировать, что вноситдополнительную ошибку в эксперимент. Отсутствие токов утечки между иглой и заземляющим электродом контролировалось при помощи амперметра,показания которого оставались нулевыми в режиме измерения микроампер.Наблюдаемое движение границ не может быть вызвано действием магнитногополя, обусловленного токами зарядки/разрядки зонда. Во-первых, потому чтограницы остаются смещенными до тех пор, пока присутствует напряжение назонде.
Во-вторых, в цепь последовательно зонду было включено балластноесопротивление в 2 МОм, поэтому ток в процессе зарядки/разрядки зонда непревышал 1 мА; такому току соответствует напряженность магнитного поляпорядка 0.3 Э, это поле слишком мало, чтобы вызывать указанные измененияв магнитной структуре образца.Также на поверхность образца №4 методом фотолитографии были напылены тонкие дорожки из палладия (500 мкм в длину, 6-8 мкм в ширину) сконтактными площадками (50 × 50 мкм или 100 × 100 мкм) на конце дляисследования действия на доменные границы электрического поля, сходного47(а)(б)Рисунок 2.2: (а) – фрагмент образца №4 с нанесенными на поверхность электродами(темные квадраты – контактные площадки).
(б) – пример экспериментального изображениядоменной структуры и зонда-иглы. Черный объект в верхней части кадра – зонд, темные исветлые полосы – домены с различным направлением намагниченностис полем заряженной нити (рис. 2.2а). В экспериментах с этим образцом проволочный зонд подводился к контактной площадке выбранной дорожки. Всенанесенные электроды были ориентированы либо вдоль, либо поперек доменной структуры образца.В эксперименте использовалась модифицированная версия установки длянаблюдения динамических процессов в магнитных средах, которая позволяетнепосредственно наблюдать доменную структуру исследуемого образца благодаря магнитооптическому эффекту Фарадея.
Схема получения изображениямагнитной структуры такова: излучение азотного лазера ( = 337 нм) попадает в краситель (родамин 6 Ж), который преобразует его в излучение с длинойволны 540 нм (исследовавшиеся пленки ФГ пропускают свет такой длиныволны); далее свет проходит через поляризатор, исследуемый образец (в заземляющем электроде было проделано отверстие диаметром ∼ 0.3 мм), анализатор и, через микроскоп и электронно-оптический преобразователь (ЭОП),– в объектив цифровой фотокамеры. Общая схема установки представлена на48(а) Общая схема экспериментальной установки(б) Схема эксперимента: электрическое поле создается между зондом (1) и заземляющим электродом (2); пленкаферрита граната (3) и подложка (4) просвечиваются лазерным излучением, которое через отверстие взаземляющем электроде проходит в оптическую систему (5); катушки (6) создают магнитное поле в плоскостиисследуемой пленки.Рисунок 2.3: Схема экспериментальной установки.49рис.
2.3а. Магнитное поле, используемое для перестройки микромагнитнойструктуры образца, создавалось катушками индуктивности ((6) на рис. 2.3б),ориентированными так, что поле лежит в плоскости исследуемой пленки. Напряженность поля могла непрерывно изменяться от 0 до 240 Э.2.3Направление вектора поляризации в исследуемых доменных границахВ работе [11] Барьяхтаром и др. было показано, что доменные границыНееля обладают ненулевой электрической поляризацией, а границы Блоха –нет.
Поскольку толщина исследуемых пленок больше, чем ширина ДГ в них√︀(параметр ширины границы Δ = 2/ 2 ∼ 100 нм ≪ 10 мкм), а факторкачества ( = /2 2 ) много больше единицы, энергетически более выгодными являются границы блоховского типа [29], но, как было отмечено в2.1, направление намагниченности в доменах не совпадает с нормалью к поверхности пленки, следовательно, микромагнитная структура доменных границ будет отличаться от чисто блоховской.М. В. Мостовой, анализируя периодические спиновые структуры в спиральных магнетиках, показал, что выражение для электрической поляризациитаких структур можно привести к следующему виду [10]:⃗ × ⃗]⃗ ∼ [Ω(2.1)⃗ – нормаль к плоскости вращения намагниченности, а ⃗ – волноЗдесь Ωвой вектор структуры (направление модуляции).
Доменную границу можнорассматривать как половину периода подобной структуры, тогда ⃗ – это направление от одного домена к другому (нормаль к плоскости ДГ). В случае⃗ ‖ ⃗ и ⃗ = 0, а вот для границы Нееля Ω⃗ ⊥ ⃗ : ⃗ → блоховской границы Ω(рис. 2.4а и 2.4б соответствено). Отметим также, что в последнем случае воз-50можны два направления разворота намагниченности внутри границы, которымсоответствуют противоположные направления вектора ⃗ .(а) Доменная граница Блоха(б) Доменная граница Нееля(в) Доменная граница с наклоненной плоскостьюразворота.Рисунок 2.4: Электрическая поляризация различных типов доменных границ.Предположим, что в исследуемых пленках характер разворота вектора намагниченности такой же, как в границе Блоха, но плоскость разворота отклонена от вертикального положения так же, как и направление намагниченности⃗ ∦ ⃗, поэтому ДГ будут иметь отличную от нуляв доменах.
В этом случае Ωэлектрическую поляризацию. В доменной границе с наклоненной плоскостьюразворота (рис. 2.4в) поляризация имеет ненулевую компоненту вдоль нор51мали к поверхности пленки, поэтому на верхней и нижней гранях образцавозникает поверхностный электрический заряд ( = (⃗ · ⃗)), что и объясняетэлектроиндуцированное (вызванное воздействием электростатического поля)смещение ДГ.(а) Экспериментальное изображение(б) Поворот вектора модуляции (⃗) вдоменной головки (образец №3).
1 - зонддоменной головке (вид сверху)(игла), 2 - доменная головкаРисунок 2.5: Доменная головкаБолее того, таким образом можно объяснить и бо́льшие смещения для доменных головок, наблюдавшиеся экспериментально в [54] (рис. 2.5а). Действи⃗ и ⃗ меняется при повороте плоскости ДГ от значения втельно, угол между Ωнесколько градусов ( ∼ 10∘ , как в прямом участке ДГ) до значения ∼ 90∘ вточке, где касательная к плоскости стенки перпендикулярна полосовой структуре образца, соответственно, возрастает -компонента поляризации и связанный с ней поверхностный заряд [77] (рис.
2.5б).2.4Действие электрического поля полоскового электродана доменную границуВ экспериментах с образцом №4, на поверхность которого были нанесены полосковые электроды, наблюдалось поведение доменных границ, отлич52ное от экспериментов с зондом-иглой, упоминавшихся во введении. В случаекогда напряжение подавалось на электрод, параллельный доменной структуре, области изображения, соответствующие доменным границам, становилисьшире, ширина таких областей монотонно увеличивалась с ростом напряженияна электроде (см.
рис. 2.6б). Более того, в отличие от экспериментов с иглой,где электростатическое поле действовало только на ближайшую к зонду границу, в этих экспериментах увеличивалась ширина изображения несколькихнаиболее близких к электроду границ (ширина спадала по мере удаления отэлектрода).(а) Разностный кадр, полученный при вычитании(б) Ширина изображения границы визображений доменной структуры при напряжениях назависимости от напряжения на электродеэлектроде 0 В и 1500 В. 1 – ДГ, 2 – электрод; черныеобласти соответствуют уширенным участкам границРисунок 2.6: Действие поля полоскового электрода, параллельногодоменной структуре, на доменные границы (образец №4)Поскольку мы предполагаем, что ДГ обладает парой поверхностных зарядов на верхней и нижней гранях образца, действие электрического поля награницу сходно с действием на диполь.
Диполь затягивается в область большей напряженности электрического поля и ориентируется вдоль его силовыхлиний. В экспериментах с иглой поле действует на локальный участок ДГ53вблизи зонда и затягивает его под электрод, не меняя при этом слишком сильно магнитостатическую энергию разделяемых доменов.(а) Электрическое поле иглы изгибает ближайший к(б) Электрическое поле протяженного электродаигле участок границы.наклоняет обе соседние с ним границы.Рисунок 2.7: Действие электрического поля иглы и протяженного электрода на ДГ.Поверхностные заряды доменной границы показаны знаками +“ и -“ .””Электрическое поле полоскового электрода в первом приближении можносчитать полем заряженной нити, действующим на область границы с размеромпорядка длины самого электрода.
Такое поле медленнее спадает с расстоянием от своего источника, чем поле точечного заряда, поэтому в экспериментенаблюдается реакция нескольких границ на него. Границы справа и слева отэлектрода стремятся притянуться к зонду или оттолкнуться от него (в зависимости от знака потенциала на зонде). Но смещению протяженного участкаграницы (длина электрода – 500 мкм) препятствуют магнитостатические силы, сохраняющие площади доменов.
Можно предположить, что в этом случаена первый план выходит переориентация дипольного момента границы, т.е.наклон плоскости границы. Действительно, наклон границы слева от зонда наугол , а границы справа – на угол − (рис. 2.7б) уменьшает электростатическую энергию системы, но не увеличивает магнитостатической энергии, как вслучае с локальным смещением границы в поле иглы.54Правильность этого рассуждения косвенно подтверждается тем фактом,что уширение изображения доменной границы наблюдалось и в некоторыхэкспериментах с иглой – по-видимому, в этих случаях имеет место локальныйпиннинг границы на дефектах, который лишает её возможности сместиться,в этом случае единственным способом уменьшить энергию взаимодействия сэлектростатическим полем является наклон плоскости границы.Рисунок 2.8: Разностный кадр, иллюстрирующий действие поля полоскового электрода,перпендикулярного доменной структуре (образец №4).
Электрод – толстая серая полоса,идущая от верхнего левого угла кадра, доменные границы – тонкие серые полосы,перпендикулярные электроду. Края белых областей соответствуют конечным положениямграниц при напряжении на электрода = 1500 В.В экспериментах с электродами, нанесенными перпендикулярно полосовой структуре образца, при создании на них потенциала наблюдается изгиби уширение границ в местах их пересечения с электродом (рис. 2.8). Такоеповедение также можно объяснить на основе рассмотрения, изложенного выше: вектор поляризации в электрическом поле будет стремиться повернутьсятак, чтобы быть направленным по полю, увлекая за собой плоскость границы.Как и в экспериментах с иглой, изгиб и ширина изображения ДГ монотоннорастут с увеличением потенциала на электроде.55Отметим, что никаких изменений в тех частях экспериментальных кадров, которые соответствуют доменам, находящимся рядом с электродами, ненаблюдалось, что свидетельствует в пользу наличия в исследуемых образцахименно неоднородного магнитоэлектрического эффекта.2.5Управление поляризацией доменных границ при помощи магнитного поляМикромагнитную структуру доменной границы можно изменить, приложив внешнее магнитное поле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
