Диссертация (1103648), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Наилучшей конфигурацией поля для проверкигипотезы о наличии у ДГ электрической поляризации будет однородное поле,перпендикулярное плоскости границы. Действительно, в таком поле векторынамагниченности будут стремиться повернуться так, чтобы быть сонаправлен⃗ следовательно, структура доменной стенки должна приблизитьсяными с ,к неелевской, а её электрическая поляризация – возрасти. В данном разделе описаны эксперименты, в которых исследуемые пленки ферритов гранатовбыли помещены в магнитное поле, направленное перпендикулярно доменнойструктуре. Электрическое поле, как и прежде, создавалось зондом-иглой.2.5.1Статические смещения ДГ в образцахс кристаллографической ориентацией (210)При включении внешнего магнитного поля, перпендикулярного направлению доменной структуры образца, характер движения границ в электрическом⃗ (при постоянполе меняется.
Смещение границы либо растет с величиной ⃗ном потенциале на зонде; см. рис. 2.9), либо, при изменении направления на противоположное – уменьшается, становится равным нулю и далее увеличивается по абсолютной величине (притяжение сменяется отталкиванием).56(а) H = 0 Э(б) H = 36 Э(в) H = 60 Э(г) H = 84 ЭРисунок 2.9: Рост электроиндуцированного смещения доменной границы при увеличениинапряженности внешнего магнитного поля (на экспериментальных кадрах изображеноконечное положение ДГ). Тонкая темная вертикальная линия – ДГ.
Темный объект в правойчасти кадра – зонд. Напряжение на зонде = 1500 В. Образец №1Условимся положительным“ называть магнитное поле, которое на приве”денных далее экспериментальных кадрах направлено влево (в области, которую занимает образец, поле достаточно однородно, поскольку размеры пленкисущественно меньше размеров катушек индуктивности).Если данная граница все сильнее затягивается под иглу при увеличениинапряженности положительного поля, то для соседних двух ДГ картина обратная – усиливающееся отталкивание.
Наоборот, в отрицательном магнитномполе та же самая граница будет отталкиваться от зонда, а соседние – притягиваться. Т.е. в магнитном поле все доменные границы имеют чередующийсязнак“ и для направления смещения конкретной границы справедливо прави””57ло знаков“:(Δ) = ( ) × () × ()(2.2)Здесь (Δ) – знак смещения стенки (положительный знак – смещениек зонду), () – полярность магнитного поля, ( ) – знак напряжения,подаваемого на зонд, а () – знак“ доменной границы, который меня”ется на противоположный для соседней границы. Это правило выполняетсядля всех исследовавшихся пленок с ориентацией (210).Рисунок 2.10: Смещение для ДГ разных знаков“ в зависимости от полярности”электрического и магнитного полей.
Напряжение на зонде ±1500 В. Центральный кадр –исходное изображение доменной структуры. Образец №1Поскольку все доменные границы в отсутствие внешнего магнитного поля либо притягиваются к игле (при > 0), либо отталкиваются от нее (при < 0), мы предполагаем, что их электрическая поляризация одинакова. То58гда из формулы (2.1) следует, что направление разворота намагниченностиодинаково для всех границ внутри образца. Такая особенность исследовавшихся образцов обусловлена, вероятно, теми же ростовыми механическиминапряжениями, которые приводят к возникновению в пленках ромбическойанизотропии (и наклону намагниченности в доменах относительно нормалик поверхности пленки), потому что вклад границы в магнитные слагаемыесвободной энергии вещества не зависит от направления разворота намагниченности в ней.Во внешнем магнитном поле вектор намагниченности стремится быть со⃗ Для поля, перпендикулярного плоскости границы, вознаправленным с .можны два случая: если для направления намагниченности в центре ДГ⃗ ·⃗ ) > 0, то структура границы по мере роста напряженности магнит(ного поля приближается к неелевской, а ее поляризация растет, что и приво⃗ ·⃗ ) < 0) граница снадит к большему смещению.
В противном случае ((чала переходит в состояние с распределением намагниченности, подобнымблоховскому. В этом состоянии поляризация ДГ близка к нулю, и электрическое поле зонда не вызывает смещения границы. При дальнейшем увеличении напряженности поля, граница также переходит в границу сходную сДГ Нееля, но с противоположным направлением разворота намагниченности⃗ → −Ω,⃗ что, в соответствии с фор(киральностью).
Последнее означает Ωмулой (2.1), приводит к ⃗ → −⃗ , поэтому граница, которая притягивалась кзонду, начинает отталкиваться от него и наоборот.В таком случае, знак“ доменной границы в формуле (2.2) определяется”тем, как направлена намагниченность в доменах, которые она разделяет. Действительно, одинаковая киральность в отсутствие магнитного поля означает,что проекция намагниченности на нормаль к плоскости ДГ противоположна всоседних границах (см. рис. 2.11), поскольку в доменной структуре чередуются домены с намагниченностью вверх и вниз. Условимся называть границы,59Рисунок 2.11: Иллюстрация возможных вариантов направления разворота намагниченностив двух соседних доменных границах.
Для наглядности изображена граница Нееля. Висследовавшихся пленках из-за наличия ростовых напряжений при || = 0 реализуются⃗ =границы с одинаковым направлением разворота. В случае ||̸ 0 энергетически более⃗ · )⃗ >0выгодными становятся такие границы, в которых (слева от которых намагниченность направлена вверх, границами типа А, аграницы, слева от которых намагниченность направлена вниз – границами типа Б.Для каждой пленки была измерена величина критического“ магнитного”поля, ( ): в поле, модуль напряженности которого больше , границы типаА и границы типа Б смещаются в противоположных направлениях (при одинаковом напряжении на зонде).
Значения напряженности критического поляприведены в таблице 2.2.60№ образца. (Э)125 ± 5245 ± 5335 ± 34<55<5Таблица 2.2: Значения напряженности критического магнитного поля для исследованныхобразцов с кристаллографической ориентацией (210)Смещения границ измерялись по изображению, полученному в результатевычитания двух экспериментальных кадров: в отсутствие напряжения на зонде и при поданном напряжении (рис. 2.12). Таким образом можно регистрировать даже смещения, которые трудно заметить на исходных изображениях.Ошибка данного способа измерения составляет несколько точек изображения,что эквивалентно величине порядка толщины самой границы (∼ 100 нм).Для двух образцов по результатам большого числа наблюдений были построены графики зависимости величины электроиндуцированного смещения границ с разными знаками“ (границы А и Б) от напряженности магнитного поля”(рис.
2.13, 2.14).Максимальной поляризацией, в соответствие с (2.1) обладает граница Нееля. В исследовавшихся образцах увеличение смещения ДГ с ростом напряженности внешнего магнитного поля, перпендикулярного плоскости границы, можно трактовать как увеличение неелевской компоненты в микромагнитной структуре границы. Тогда должна существовать такая напряженностьвнешнего поля, при которой дальнейший рост поляризации невозможен. Дляпленки с анизотропией типа легкая ось“ величину этого поля можно оце”2нить как = , где – это константа одноосной анизотропии, а – намагниченность насыщения. Если не учитывать отклонение направления61(а)(б)(в)Рисунок 2.12: Экспериментальные изображения доменной структуры: (а) – при нулевомпотенциале на зонде, (б) – при напряжении на зонде +1500 В, (в) – разностный кадр (белаяобласть обозначает разницу между начальными и конечным положениями ДГ).Напряженность магнитного поля = −60 Э.
Образец №1.Рисунок 2.13: Электроиндуцированное смещение ДГ типов А и Б в зависимости отвеличины магнитного поля, перпендикулярного плоскости границы. Магнитное поле вэрстедах, смещение – в микронах. Напряжение на зонде: +1500 В.По данным для образца №1.62Рисунок 2.14: Электроиндуцированное смещение ДГ типов А и Б в зависимости отвеличины магнитного поля, перпендикулярного плоскости границы. Магнитное поле вэрстедах, смещение – в микронах. Напряжение на зонде: +1500 В.По данным для образца №2.намагниченности в доменах от нормали, то для исследовавшихся образцов имеет величину порядка 350-400 Э.
В действительности, эта величинадолжна быть несколько меньше, поскольку ДГ исходно имеют неелевскуюкомпоненту; к сожалению, уже в полях с напряженностью около 230 Э всеиспользованные в эксперименте пленки переходят в однодоменное состояние,поэтому наблюдение таких доменных границ не проводилось. Минимальноенапряжение на зонде, при котором можно детектировать смещение границы,уменьшается с ростом магнитного поля и для полей, не разрушающих доменной структуры, составляет величину ∼ 60 В.Изменение направления смещения ДГ во внешнем магнитном поле не может быть объяснено ни при помощи однородного магнитоэлектрического эффекта, ни с позиций локального изменения анизотропии под зондом (посколь63ку для соседних доменов с противоположным направлением намагниченности изменения должны носить разный характер независимо от полярностимагнитного поля).2.5.2Статические смещения ДГ в образцахс кристаллографической ориентацией (110)В образцах с кристаллографической ориентацией (110) также наблюдается увеличение смещения доменной границы во внешнем магнитном поле, итакже выполняется правило знаков (2.2).
Характерные величины смещенийи напряженность критического поля меньше, чем в образцах (210). Последнее, вероятно, связано с меньшей величиной ромбической анизотропии.Образцы 7 и 8 имеют лабиринтную доменную структуру, половина периода (ширина одного домена) которой меньше по величине, чем ширина зонда,поэтому поле зонда действует на несколько границ сразу (примеры экспериментальных изображений приведены на рис. 2.15). В образце №6 доменнаяструктура имеет полосовой тип, и для него были проведены систематическиеизмерения по аналогии с пленками (210).По результатам измерений также был также построен график смещениядля доменных границ двух типов в зависимости от напряженности магнитного поля (рис. 2.16).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
