Диссертация (1105317), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Выделены четыре скирмиона; в — состояние после пропускания в нескольких точках образцаспин-поляризованного туннельного тока [93].разницу с изображением решетки киральных скирмионов (рис. 1.15 б).Возникновение и исчезновение отдельных скирмионовВ двухатомном слое PdFe на иридиевой подложке были впервые продемонстрированы манипуляции со скирмионами, важность которых для технологийхранения информации трудно переоценить: чтение и запись отдельных скирмионов с помощью спин-поляризованного туннельного тока [93]. Идея состоялав том, чтобы путем приложения магнитного поля попасть в область фазовойдиаграммы, аналогичную отмеченной точкой (3) на рисунке 1.14 а, то есть соответствующую промежуточному состоянию между решеткой скирмионов и однородно намагниченном ферромагнитным состоянием.

Такое состояние реализуется при значениях магнитного поля, близких к B0 , отмеченному на рисунке1.20 а. На рисунке 1.20 б показано состояние, полученное после уменьшения напряженности магнитного поля из состояния однородной намагниченности. Наизображении выделены четыре скирмиона, образовавшиеся вблизи дефектов.Эксперимент проводился при температуре T = 4.2 К.Затем с помощью иглы туннельного микроскопа через различные точкиобразца пропускался спин-поляризованный ток. Это приводило к появлению58в соответствующих местах скирмионов (1.20 в). Рассматривались нескольковозможных механизмов переключения: тепловой шум, локальный нагрев изза протекания тока, передача энергии инжектированных электронов и спиновый вращающий момент.

С целью установить истинную причину зарождения иуничтожения скирмионов, были предприняты эксперименты, в которых частота переключения измерялась как функция тока, напряжения и приложенногомагнитного поля. Например, при значениях напряжения на игле U = 300 мВ,тока I = 300 нА и индукции магнитного поля B = 2.7 Тл переключение междускирмионом и состоянием однородной намагниченности происходило в среднемодин раз в 15 секунд. Измерения показали, что частота переключения существенным образом зависит от приложенного напряжения и линейно — от силытока. Последнее означает, что среднее число электронов, необходимое для переключения, в среднем постоянно и не зависит от силы тока.

Было установлено,что движущей силой переключения является энергия электронов |eU |, а спиновый вращающий момент делает одно из направлений перехода более выгодным,чем другое.Изменение структуры микромагнитных объектовКак отмечалось выше, изменение топологических свойств распределениянамагниченности невозможно без участия сингулярного топологического дефекта. Исследования процесса изменения топологического заряда были проведены путем измерения количества скирмионов на двух поверхностях образцаFe0.5 Co0.5 Si в зависимости от величины приложенного магнитного поля методоммагнитно-силовой микроскопии [94].

Перед измерениями осуществлялось охлаждение образца в присутствии магнитного поля, что привело к существованиюскирмионов как метастабильного состояния при температурах значительно ниже критической температуры перехода “парамагнитное состояние – решеткаскирмионов” (рабочая температура T = 10 К, температура фазового переходаTc = 45 К). Возможность “отойти” от точки фазового перехода по шкале температур крайне важна для изучения топологических характеристик распределения вектора намагниченности, поскольку вблизи фазового перехода величина намагниченности подвержена сильным флуктуациям и может обращаться59Рис. 1.21: а — схематичное изображение слияния двух нитей скирмионов посредством “монополя” (вверху) и экспериментальное изображение поверхности образца Fe0.5 Co0.5 Si, полученное с помощью магнитно-силовой микроскопии (внизу) [94]; б,в — цилиндрическисимметричные структуры, зарожденные в пленке Tb22 Fe66 Co9 лучом лазера. На верхнихрисунках представлены распределения угла фарадеевского вращения, соответствующего zкомпоненте вектора намагниченности, на нижних — профиль центрального сечения тогоже распределения.

Плотность энергии лазерного импульса составляет 5 мДж/см2 (б) и7 мДж/см2 (в) [95].в ноль, поэтому микромагнитные структуры не обладают топологической стабильностью.Измерения показали, что изменение величины напряженности магнитного поля приводит к слиянию соседних скирмионов и образованию вытянутыхструктур (рис. 1.21 а). Распределение вектора намагниченности в толще пленкинедоступно для изучения с помощью магнитно-силовой микроскопии, поэтомубыло проведено микромагнитное моделирование. Достоверность его результатов была проверена сопоставлением полученных значений плотности скирмионов на поверхностях образца с экспериментальными данными.

Моделированиепоказало, что слияние двух скирмионов происходит путем продвижения сквозьобразец магнитного “монополя”, соединяющего их подобно застежке “молния”.Также об изменении топологических характеристик распределения вектора намагниченности сообщается в работе [95]: микромагнитные структурызарождались в ферримагнитной пленке сплава Tb22 Fe66 Co9 лучом лазера, и взависимости от его интенсивности обладали различным топологическим заря-60дом. Лазерный импульс длительностью 150 фс с длиной волны λ = 800 нм былциркулярно поляризован, а его плотность энергии составляла от 4 мДж/см2до 11 мДж/см2 .

На рисунке 1.21 б приведено магнитооптическое изображениеструктуры с топологическим зарядом S = +1, полученное в результате действия импульса с плотностью энергии, равной 5 мДж/см2 .При значениях ниже 4 мДж/см2 микромагнитные структуры не зарождались; в интервале от 5 мДж/см2 до 7 мДж/см2 образовывались кольцеобразныеструктуры с топологическим зарядом S = 0 (рис. 1.21 в). При дальнейшем увеличении плотности энергии лазерного импульса происходило образование более сложных структур, форма которых была менее предсказуемой. В отличиеот киральных скирмионов, стабильность этих структур обеспечивается дипольдипольным взаимодействием.

Отмечается, что стабильность нанодоменов, подобных изображенному на рисунке 1.21 б, достаточно высока: они не исчезалипо прошествии года после зарождения. С учетом того, что эффект наблюдаетсяпри комнатной температуре, авторы указывают на возможности его применения в технологиях хранения информации. Однако мощность импульса света,требуемая для зарождения микромагнитных структур, слишком высока дляпрактического применения — о чем говорит хотя бы тот факт, что лазерныйимпульс с плотностью потока, превышающей 15 мДж/см2 , приводил к необратимому повреждению образца.1.6Выводы из обзора литературы и постановка задачиЭффект движения магнитных доменных границ под действием неоднород-ного электрического поля, описанный в разделе 1.4.2, во многом уникален: оннаблюдается при комнатной температуре и является на данный момент единственным прямым экспериментальным свидетельством наличия у доменныхграниц локальных магнитоэлектрических свойств.

Существование поляризациидоменных границ, по всей видимости, обусловлено неоднородным магнитоэлектрическим эффектом, носящим весьма общий характер, что делает вероятнымобнаружение подобных явлений в других веществах с магнитными доменнымиграницами. При этом тип магнитного параметра порядка не играет роли: соображения симметрии, лежащие в основе теоретической модели, работают как61для ферро-, ферри-, так и для антиферромагнитных доменных границ.Неоднородный магнитоэлектрический эффект позволяет предположить наличие электрической поляризации у скирмионов — необычных компактныхмикромагнитных объектов, необходимым условием существования которых является отсутствие в системе центра инверсии.Таким образом, по итогам обзора литературы можно сформулировать следующие задачи дальнейших исследований:• Построение теоретической модели для объяснения наблюдаемого движения доменных границ под действием электрического поля.

Обоснованиегипотезы о том, что движение доменных границ связано с наличием у нихэлектрической поляризации обусловленного неоднородным магнитоэлектрическим эффектом.• Изучение электростатических свойств топологических дефектов пониженной размерности, возникающих внутри доменных границ — вертикальныхблоховских линий и точек Блоха.• Рассмотрение возможности зарождения скирмионов электрическим полемпосредством неоднородного магнитоэлектрического эффекта.62Глава 2Геометрический анализ микромагнитнойструктуры доменных границ2.1ВведениеНеоднородный магнитоэлектрический эффект связывает электрическуюполяризацию и пространственно-неоднородное распределение намагниченности.При этом наличие электрической поляризации зависит от того, позволяет лимикромагнитная структура неоднородности задать полярное направление.

Следовательно, проверка гипотезы о том, что неоднородный магнитоэлектрическийэффект является механизмом, обуславливающим движение доменных границпод действием электрического поля, требует детального изучения их микромагнитной структуры.Вид микромагнитной структуры может быть установлен тем же способом, который использовался при выводе решения (1.3): путем поиска экстремума свободной энергии системы.

Характеристики

Список файлов диссертации