Диссертация (1103648), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Сходство вида полученной кривой и аналогичных кривыхдля образцов с ориентацией (210) позволяет утверждать, что рассуждения обувеличении неелевской составляющей ДГ и смене направления разворота намагниченности внутри неё применимы и в этом случае.Переход доменной структуры пленок (110) в плоскостную фазуВ экспериментах с образцом №6, помещенном в магнитное поле, было обнаружено изменение доменной структуры при напряженности поля > 50 Э. Ес-64(а) H = 0, U = 0(б) H = 0, U = +1500 В(в) H = 120 Э, U = 0 В(г) H = 120 Э, U = +1500 ВРисунок 2.15: Усиление действия электрического поля на доменные границы в пленке слабиринтной доменной структурой, вызванное внешним магнитным полем.
Образец №8ли настроить оптическую систему установки так, чтобы поляризатор и анализатор были скрещены, доменные границы видны как черные линии, а доменыимеют одинаковый цвет. Усиливая внешнее поле, можно наблюдать уширениеизображения ДГ. Это уширение происходит попарно через один домен: двесоседние границы прорастают“ внутрь общего для них домена. Дальнейший”рост напряженности магнитного поля приводит к тому, что доменная структура начинает состоять из черных и серых полос, период структуры становитсяпримерно в полтора раза меньше (рис. 2.17).Можно предположить, что темный цвет новых доменов означает, что вектор намагниченности в них имеет значительную компоненту в плоскости, лежащую вдоль направления внешнего поля. Границы такого домена сильнее65Рисунок 2.16: 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№6.реагируют на электростатическое поле зонда и смещаются на микронные расстояния при на порядок меньшем потенциале на нем (200 В вместо 1500 В востальных экспериментах).Как было отмечено в разделе 2.3, границы в исследуемых образцах должны иметь структуру, близкую к ДГ Блоха.
Это утверждение справедливо для180-градусных границ, но в перестроенном магнитным полем образце (110)угол между векторами намагниченности в соседних темном и светлом доменах должен быть близок к 90 градусам, поскольку напряженность магнитногополя близка к величине поля коллапса доменной структуры. В таком случаеграницы между соседними доменами, вероятно, будут иметь структуру половины 180-градусной границы Нееля, т. к. в одном из доменов направление вектора намагниченности почти перпендикулярно плоскости ДГ (см. рис. 2.17б).66Более сильная реакция подобных границ на поле зонда объясняется тем, чтоэлектрическая поляризация границы неелевского типа максимальна, это также справедливо и для половины“ ДГ Нееля.”(а)(б)Рисунок 2.17: Перестройка доменной структуры в образце №6 (а).
Тонкие темные полосы(на левом кадре) – доменные границы. Магнитное поле перпендикулярно плоскостям ДГобразца. Напряженность поля (слева направо): 0 Э, 100 Э, 160 Э. На среднем кадре в правомдомене видны уширенные границы. (б) – схематичное изображение перестроенной доменнойструктуры: красные стрелки – намагниченность, синяя стрелка – внешнее магнитное поле2.5.3Измерение скорости движения доменных границКонечное положение доменной границы, затягивающейся под зонд, создающий электростатическое поле, зависит от многих факторов, в том числе, отлокальных дефектов образца.
В то же время исследование динамики движенияграницы может дать новую информацию о наблюдаемом явлении. Поэтому собразцом №3 были проведены эксперименты в динамическом режиме работыустановки.67Методика измеренийСкорость движения ДГ в ферритах гранатах может составлять десятки метров в секунду, следовательно, чтобы пройти путь в несколько микрон, границенужно время порядка сотен наносекунд. Для исследования процесса движенияграницы был использован метод сходный со стробоскопическими измерениями. Эксперимент проводился следующим образом.Электрическое поле создавалось тиратронным генератором, способнымвыдавать короткие (∼ 0.6 мкс) прямоугольные импульсы высокого напряжения (до 5.5 кВ).
Лазер и тиратронный генератор запускались сигналом одногои того же генератора импульсов Г5-54. Для того, чтобы иметь возможностьнаблюдать доменную структуру в различные моменты времени в процесседействия импульса электрического поля, в цепь, подключенную к блоку питания лазера, был включен второй генератор Г5-54, который выдавал входнойимпульс, задерживая его на заданное время.Рисунок 2.18: Схема установки в режиме динамических измерений68Рисунок 2.19: Иллюстрация метода измерений в динамическом режиме: меняя задержкуимпульса, запускающего лазер, (1 , 2 ) мы можем получить серию снимков доменнойструктуры, отражающих разные моменты процесса движения ДГВ оптическую часть установки после колбы с красителем была установлена светоделительная пластина, благодаря которой луч лазера попадал не только на образец, но и на фотодиод, подключенный к осциллографу.
На второй канал осциллографа выводился сигнал с тиратронного генератора, что позволялоосуществлять контроль задержки импульса подсветки (длительность импульса ∼ 10 нс) относительно фронта импульса электрического поля (рис. 2.19).Общая схема установки в режиме динамических измерений представлена нарис. 2.18.РезультатыДинамические эксперименты позволяют утверждать, что скорость границы увеличивается при приближении к зонду (или при удаленнии от него если для данного типа границы (А или Б) уже произошла смена киральности,вызванная внешним магнитным полем; см. рис. 2.20а-в). Это согласуется спредложенным объяснением эффекта – напряженность электрического поляоколо зонда выше, поэтому поле сильнее действует на поверхностные заряды,связанные с границей.69(а)(б)(в)Рисунок 2.20: (а), (б), (в) – фрагменты экспериментальных кадров с разными временамизадержки импульса подсветки (0.3 мкс, 0.4 мкс и 0.5 мкс соответственно).Напряженность магнитного поля = −120 Э.
Напряжение на зонде: = +1500 В.Образец №3Рисунок 2.21: Средняя скорость электроиндуцированного движения для ДГ двух типовв зависимости от величины магнитного поля. Напряженность магнитного поля в эрстедах,скорость в м/c. Напряжение на зонде: +1500 В. По данным для образца №3По результатам серии измерений был построен график средней скоростиэлектроиндуцированного движения доменной границы в зависимости от величины приложенного магнитного поля – рис.
2.21 (средняя скорость за 0.2 мкс;70для времени задержки импульса подсветки, равному половине ширины импульса электрического поля). Отметим, что полученная зависимость не имеетобластей резкого роста скорости, в отличие от графиков зависимостей смещения, описанных выше. Такое отличие можно объяснить тем, что при динамических измерениях пиннинг границы на дефектах был менее выражен, из-запериодического действия силы, обусловленной электростатическим полем.2.6Выводы из главы 2В главе 2 описаны экспериментальные наблюдения доменных границ вэпитаксиальных пленках ферритов гранатов, помещенных во внешние электростатическое и магнитное поля.Качественные особенности поведения ДГ в электростатическом поле:∙ смещение ДГ под действием поля зонда-иглы∙ поворот плоскости ДГ в поле полоскового электрода, наблюдаемый вэксперименте как уширение изображения границы∙ изменение величины и направления электроиндуцированного смещенияДГ, помещенной во внешнее магнитное полеподтверждают гипотезу о том, что в исследовавшихся образцах присутствует неоднородное магнитоэлектрическое взаимодействие и позволяют говорить о том, что доменные границы обладают электрической поляризацией.Предложено объяснение эффекта, заключающееся в том, что величина поляризации ДГ связана с её микромагнитной структурой, а именно с проекциейкомпоненты намагниченности на нормаль к плоскости границы (неелевскойсоставляющей ДГ).Однородное магнитное поле, перпендикулярное направлению доменнойструктуры пленки феррита граната и имеющее сравнительно небольшую напряженность (|| ∼ 100 Э), способно увеличить неелевскую составляющую71границы и изменить направление вращения вектора намагниченности в границе на противоположное.
В таком магнитном поле удалось добиться обратимых смещений ДГ на расстояние 10 ± 2 мкм при напряжении на зонде равном1500 В. Скорость движения границ в этих условиях, оцененная по результатамдинамических измерений, составляет ∼ 30 м/c. В более сильных магнитныхполях управляющие напряжения могут быть существенно снижены (минимальное напряжение, при котором наблюдалось смещение ДГ, составляет 60В).Наличие у доменных границ электрической поляризации и продемонстрированная возможность управления ей потенциально могут быть использованыв устройствах спинтроники с полевым принципом управления.72ГЛАВА3ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДОМЕННЫХГРАНИЦ В МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОММАТЕРИАЛЕ3.1ВведениеЭкспериментальные наблюдения, описанные в главе 2, позволили намустановить определенные закономерности влияния электростатического поляна магнитные доменные границы, структура которых была изменена внешниммагнитным полем.
Однако магнитооптический эффект Фарадея, использованный для визуализации магнитной структуры, не дает возможности получитьинформацию о распределении намагниченности внутри границы. Поэтому дляболее полного объяснения наблюдаемого явления имеет смысл построить егокомпьютерную модель.Существует два подхода к построению численной микромагнитной модели: оптимизационный и динамический. В первом случае происходит минимизация энергии системы, а результатом является равновесное распределениевектора намагниченности [78, 79]. Второй подход – динамический – связан суравнением уравнения Ландау-Лифшица-Гильберта [80, 81]:]︀M [︀= −[M × Heff ] − 2 M × [M × Heff ] .(3.1)Интегрируя (3.1) по времени, мы можем наблюдать эволюцию распределениявектора намагниченности. Динамический подход применим и в том случае,когда требуется найти равновесное состояние микромагнитной системы: задав грубое распределение, схожее с искомым, будем интегрировать уравнениеЛандау-Лифшица-Гильберта до тех пор, пока абсолютное значение производ73ной намагниченности по времени не уменьшится до некоторой заданной величины1 .Эффективное магнитное поле eff в формуле (3.1) включает в себя внешнее поле, поля размагничивания, а также слагаемые, связанные с магнитнымисилами внутри вещества, такими как обменное взаимодействие и магнитнаяанизотропия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
