Диссертация (1105317)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиСЕРГЕЕВ АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАМИКРОМАГНИТНЫХ СТРУКТУРСпециальность 01.04.11 – физика магнитных явленийДиссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:д.ф-м.н., доц. Пятаков А.П.Москва – 20142СодержаниеВведение . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Глава 14Обзор литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.1 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101.2 Неоднородный магнитоэлектрический эффект . . . . . . . . . . .161.3 Циклоидальные и геликоидальные спиновые структуры .
. . . . .191.3.1Теория . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191.3.2Примеры реальных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . .211.4 Доменные границы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .291.4.1Теория . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .291.4.2Примеры реальных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . .321.5 Структуры с цилиндрической симметрией . . . . . . . . . . . . . .401.5.1Теория . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .401.5.2Примеры реальных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . .481.6 Выводы из обзора литературы и постановка задачи . . . . . . . .60Глава 2Геометрический анализ микромагнитной структуры доменных границ . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 622.1 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .622.2 Метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .632.3 Доменная граница при H = 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .682.3.1Экспериментальные факты . . .
. . . . . . . . . . . . . . .682.3.2Теоретическое описание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .692.4 Доменная граница при H 6= 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .752.4.1Экспериментальные факты . . . . . . . . . . . . . . . . . .752.4.2Теоретическое описание . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .772.5 Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82Глава 3Численное моделирование магнитоэлектрических свойствдоменных границ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 833.1 Введение . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .833.2 Метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8433.2.1Общие замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .843.2.2Реализация алгоритма для микромагнитной задачи . . . .863.3 Поверхностный электрический заряд доменных границ .
. . . . .913.3.1Плотность свободной энергии . . . . . . . . . . . . . . . . .913.3.2Влияние ромбической анизотропии . . . . . . . . . . . . . .923.3.3Влияние эффективного электрического поля . . . . . . . .953.3.4Результаты расчетов для реального образца . . . . . . . .983.4 Рассмотрение альтернативной модели магнитоэлектрического взаимодействия . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1043.5 Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109Глава 4Магнитоэлектрические свойства линейных и точечныхтопологических дефектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1114.1 Введение . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1114.2 Дефекты пониженной размерности внутри доменных границ . . . 1124.2.1Вертикальная блоховская линия . . . . . . . . . . . . . . . 1124.2.2Точка Блоха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 1144.3 Зарождение скирмионов с помощью электрического поля . . . . . 1214.3.1Модель. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1214.3.2Результаты расчетов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1234.4 Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127Заключение. . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1314ВведениеАктуальность работы. Данная работа посвящена изучению магнитоэлектрических свойств пространственно-неоднородных спиновых структур. Вмагнитоупорядоченных средах сосуществуют и конкурируют различные взаимодействия между магнитными моментами: обменное взаимодействие нескольких типов, взаимодействие Дзялошинского-Мория, диполь-дипольное взаимодействие. Их совместное действие приводит к стабилизации разнообразных неоднородных спиновых структур. Среди них — протяженные пространственно-модулированные структуры, характеризующиеся одним или несколькими волновыми векторами; соразмерные структуры с пространственным периодом, кратным постоянной кристаллической решетки; скирмионы — двумерные цилиндрически-симметричные солитоны, стабилизированные взаимодействием Дзялошинского-Мория, и многие другие структуры.Неоднородные спиновые структуры, интересные сами по себе, стали предметом пристального внимания после обнаружения в некоторых из них электрической поляризации.
Ее появление обусловлено неоднородным магнитоэлектрическим эффектом, суть которого заключается в том, что электрическая поляризация может возникнуть в области магнитной неоднородности [1]. Возможность сосуществования намагниченности и электрической поляризации в одномвеществе устанавливает определенные требования к магнитной группе симметрии кристалла. Но эти требования могут быть удовлетворены и путем локального понижения симметрии за счет возникновения магнитной неоднородности,что, во-первых, существенно расширяет класс веществ, в которых может бытьреализовано магнитоэлектрическое взаимодействие; во-вторых, обуславливаетсильную связь между электрической поляризацией и распределением векторанамагниченности, открывающую возможности управления намагниченностьюс помощью электрического поля и электрической поляризацией — с помощьюмагнитного [2].Однако специфика механизмов, стабилизирующих перечисленные вышеспиновые структуры, такова, что они образуются лишь при температурах существенно ниже комнатной.
В то же время при высоких температурах в магнитоупорядоченных средах существуют магнитные неоднородности, возникающие5между областями однородного распределения параметра порядка — доменныеграницы [3]. Как правило, в силу стремления уменьшить поверхностную энергию, они являются плоскими, но обладают при этом богатой внутренней структурой, допускающей существование нескольких классов магнитных неоднородностей.
Доменная граница характеризуется определенной киральностью, в зависимости от того, по или против часовой стрелки происходит в ней разворотвектора намагниченности. Более того, участки с различной киральностью могут соседствовать в одной доменной границе. В этом случае они будут разделены “границей” пониженной размерности, называемой вертикальной блоховскойлинией. Наконец, существует свобода и в выборе направления вектора намагниченности в блоховской линии, делающая возможным существование точкиБлоха — точечной “границы”, разделяющей разные участки вертикальной блоховской линии.Электростатические свойства магнитных доменных границ были экспериментально обнаружены в пленках феррит-гранатов: границы смещались изположения равновесия под действием неоднородного электрического поля, создававшегося заостренным электродом [4, 5].
Наиболее вероятным механизмомвозникновения электрической поляризации у доменных границ является неоднородный магнитоэлектрический эффект. В этом случае вертикальные блоховские линии и точки Блоха также могут обладать электрической поляризацией.Актуальность данной работы связана с необходимостью построения теоретической модели наблюдаемого магнитоэлектрического поведения доменных границ, а также изучения электростатических свойств микромагнитных объектов,экспериментальные исследования которых предстоят в будущем.Целью диссертационной работы является теоретическое изучение электростатических свойств микромагнитных структур, обусловленных неоднородным магнитоэлектрическим эффектом.
В работе решены следующие задачи:1. Построение модели микромагнитной структуры доменной границы в пленке феррит-граната и расчет соответствующего распределения электрической поляризации.2. Теоретический анализ влияния внешнего магнитного поля на микромагнитную структуру и на электростатические свойства доменных границ с6учетом одноосной, ромбической и кубической магнитной анизотропии.3. Изучение распределения электрического заряда магнитных неоднородностей внутри доменных границ — вертикальной блоховской линии и точкиБлоха.4. Доказательство возможности зарождения магнитного скирмиона с помощью электрического поля в кристалле с неоднородным магнитоэлектрическим эффектом.Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:1.
Теоретически объяснены качественные особенности экспериментальныхзависимостей смещения границы под действием электрического поля отнапряженности внешнего магнитного поля.2. Впервые рассчитано распределение объемной и поверхностной плотностиэлектрического заряда в скрученной доменной границе, распределениевектора намагниченности в которой изменяется по толщине пленки поддействием полей размагничивания.3.
С помощью численного микромагнитного моделирования методом имитации отжига изучено распределение векторов намагниченности и электрической поляризации в доменной границе в пленке феррит-граната сучетом наведенной магнитной анизотропии в присутствии внешнего магнитного поля.4. Впервые рассчитаны величины полного поверхностного электрическогозаряда, присущего вертикальной блоховской линии, и объемного зарядаточки Блоха. Методом непрерывных деформаций распределения вектора намагниченности установлено отсутствие связи между электрическимзарядом точки Блоха и ее топологическим зарядом.5. Путем численного моделирования впервые продемонстрирована возможность зарождения и стабилизации кирального магнитоэлектрического скирмиона с помощью электрического поля.7Практическая значимость работы обусловлена тем, что магнитоэлектрические свойства микромагнитных объектов открывают перспективы создания технологий хранения информации, характеризующихся высокой плотностью записи и малым энергопотреблением.
Среди предложенных на сегодняшний день концепций устройств памяти присутствуют основанные на использовании как доменных границ, так и скирмионов. Однако для управления микромагнитными объектами традиционно используются электрические токи. Электростатические свойства доменных границ и других объектов, рассмотренные вданной работе, делают возможным управление ими с помощью электрическогополя, что сопровождается меньшими энергозатратами.Научные положения и результаты, выносимые на защиту:1. Характер зависимости плотности поверхностного электрического зарядадоменной границы от угла скручивания, обусловленного внешним магнитным полем.2.
Вид пространственного распределения плотности объемного и поверхностного электрических зарядов в скрученной доменной границе, вертикальной блоховской линии и точке Блоха.3. Влияние параметров ромбической анизотропии Kr и ϕr на вид зависимости линейной плотности поверхностного электрического заряда доменной границы от напряженности внешнего магнитного поля, направленногоперпендикулярно плоскости границы. Здесь Kr — константа анизотропии,а ϕr — угол между ортом анизотропии и нормалью к плоскости доменнойграницы.4.
Линейный характер зависимости переходного значения напряженностимагнитного поля HxT от напряженности эффективного электрического поля E0 , характеризующего нарушение центральной симметрии в кристалле, где HxT — значение напряженности магнитного поля, при котором доменные границы различной киральности обладают равной энергией.5. Возможность зарождения и стабилизации кирального магнитоэлектрического скирмиона с помощью электрического поля. Необходимая для этого8величина напряженности электрического поля может быть оценена по порядку величины как 106 В/см, что лежит в диапазоне экспериментальнодостижимых значений.Апробация результатов. Основные результаты, изложенные в диссертационной работе, были представлены на следующих конференциях:1. XXI Международная конференция “Новое в магнетизме и магнитных материалах”, Москва, 2009.2.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
