Г.С. Кринчик - Физика магнитных явлений (1127398), страница 40

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

Текст из файла (страница 40)

отдельных участков пленки начинают поворачиваться в разные стороны, прп некотором значении угла поворота из-за включения магнитостатической энергии взаимодействия магнитная структура «заклинивается», и в результате процесс некогерентного вращения проходит прн более высоких значениях магнитного поля, чем коэрцптпвная сила обратимого вращения.

В заключение этого параграфа рассмотрим случай, когда можно получить универсальную зависимость намагниченности от магнитного поля для полпкристалла — — так называемый закон приближения к насыщению, установленный впервые Акуловым. При этом используется условие малости угла между полем и вектором намагниченности отдельного кристаллита. Пусть поле Н ориентировано в отдельном монокристалле произвольным образом, а О— угол между Н и 1, — мал по величине. Свободная энергия может быть представлена как сумма энергии анизотропии и зеемановской энергии (в окончательном результате мы учтем также вклад магнитоупругой энергии): г .= Р» — 07,созй, (3.9.32) 237 + Н1,з1пВ= О, дв ~, дв /о.о в случае О-р 0 з1пвы О, вводя обозначение — ( — ') =- С, нахо- дО /в-о дим равновесное значение для 9„.

(3.9.33) Тогда или (3.9.34) 1 = 1, (1 — а,/Н'), где а, = С'/2)„с — функция О. Произведя усреднение по 9, при условии равномерного распределения ориентации кристаллитов в поликристалле, получаем р (3.9.35) где а — амплитуда остаточных упругих напряжений. Из полученной формулы видно, что закон приближения к насыщению позволяет определить константу аннзотропии материала (без определения знака К~) по измерениям на поликристаллических образцах. Однако опыт показывает, что во многих случаях разложение по Н в законе приближения к насыщению начинается уже с членов более низких степеней ...

~ -'- ирН, (3.9.36) где ир — восприимчивость парапроцесса. Браун построил теорию, связывающую коэффициенты а,", а, а",, соответственно с точечными, линейными и поверхностными локализациями остаточных напряжений (дислокаций), Неель учел вклад магнитостатической энергии (влияние внутренних размагничивающих полей отдельных кристаллнтов). й Здв. ТОНКИЕ ФЕРРОМАГНИТНЫЕ ПЛЕНКИ Получение в 50-х гг. пермаллоевых пленок толщнной ж1000 А положило начало повсеместному интересу к свойствам тонких ферромагнитных пленок вообще.

Этот интерес стимулировали возможности применения тонких пленок в микроэлектронике и в быстродействующих устройствах магнитной памяти в связи с малыми раз- мерами и ожидавшимся малым временем перемагничивания ( 0,1 — 1 нс) тонкопленочных элементов. Интенсивные исследования тонких ферромагнитных пленок привели к ряду принципиально новых результатов в физике магнитных явлений. 1. В массивных ферромагнитных образцах реализуются,как известно, доменные границы Блоха. В тонких же пленках был обнаружен новый тип доменных границ — границы Нееля, а также гранпцы смешанного блоховско-неелевского типа.

2. В тонких пленках обнаружено явление размерного спин-волнового резонанса — возбуждаемые однородным полем стоячие спиновые волны с периодом, кратным толщине пленки, и полной или частичной привязкой этих спиновых волн к поверхностным ионам. Исследуя это явление, можно получить информацию о величине обменного интеграла. 3. В пленках с легкой осью анизотропии, перпендикулярной поверхности, при критической толщине происходит фазовый переход 2-го рода и появляется периодическая доменная структура с малой амплитудой отклонения от равномерной намагниченности (страйп-структура).

Это появление страйп-структур вызвано тем, что благодаря конкуренции между полем аннзотропии и размагиичивающим полем появляется слагающая намагниченности в «легком» направлении и при этом может оказаться энергетически более выгодным сохраняющееся периодическое распределение намагниченности. Возникающие периодические доменные структуры иногда можно рассматривать как непрерывный переход одной доменной границы в другую. При еще большей толщине пленки может оказаться выгодной страйп-структура с замыкающими доменами, но сохраняющейся периодичностью. Страйп-пленки уже используются как управляемые полем магнитные дифракционные решетки, что и обусловливает перспективы их практических применений в области записи информации, регистрации распределения энергии в лазерном излучении и т, д.

4. Изучение сверхтонких, так называемых олигатомных пленок позволило поставить ряд интересных теоретических вопросов, например возможность исчезновения ферромагнетизма, связанная с малыми размерами образца, изменение зонной структуры металла при малом числе атомных слоев из-за отсутствия периодичности кристалла в одном из напранлений, изменение термодинамики ферромагнетика в тонкопленочном состоянии благодаря влиянию поверхностей, возможность передачи обменного взаимодействия от одной ферромагнитной пленки к другой через электроны проводимости разделяющей немагнитной прослойки и т. д, Однако технологические трудности получения одноатомных н олигатомных пленок пока не позволяют считать ни одну из проблем такого типа решенной.

5. Изучение свойств тонких ферромагнитных пленок, а точнее тонких пластинок, привело к появлению нового перспективного 239 направления инженерной физики — разработке устройств с использованием цилиндрических магнптных доменов. Эти и некоторые другие вопросы физики тонких ферромагнитных пленок более детально рассматриваются в соответствующих параграфах данной книги. Вместе с тем следует отметить, что разрабатываемое в течение ряда лет в огромном числе лабораторий основное направление изучения тонких ферромагнитных пленок — попытка применения тонкопленочных магнитно. мягких пермаллоевых элементов в качестве ячеек магнитной памяти и других микроэлектронных устройств — до спх пор не оправдало возлагавшихся на него надежд.

Можно указать на следующие основные недостаткц тонких пермаллоевых пленок, обнаруженные в ходе их исследования. 1. Основная характеристика пермаллоевого элемента — наведенная одноосная анпзотропия — определяется трудноконтролируемыми несовершенствовамп структуры, появляющимися в процессе изготовления пленок, поэтому характеристики пленок имеют большой разброс даже при неизменной технологии их изготовления и даже в одной партии пленок. 2. В пермаллоевых полпкрнсталлических пленках обнаружено возникновение ряби намагниченности — квазипериодической структуры намагниченности с периодом порядка нескольких микрон.

Полное подавление ряби оказалось невозможным, поскольку она обусловлена влиянием естественной кристаллографической анизотропии отдельных кристаллитов поликристаллического образца Наличие же ряби приводит к некогерентному перемагничиванию, заклиниванию структуры, появлению инверсных петель и другим «неприятностям». 3. Обнаружен эффект сползания доменных границ, состоящий в постепенном продвижении границы при наложении взаимно перпендикулярных слабых постоянного и переменного магнитных полей, что приводят к неоднозначности состояния магнитного элемента.

к зависимости доменной структуры от числа рабочих циклов записи н счцтывания. 4, Тот факт, что пермаллоевые элементы перемагничиваются в очень слабом поле (порядка 1 Э), зачастую приводит к термическим нестабильностям их характеристик, а также к сбоям, обусловленным взаимными магннтостатическими влияниями различных элементов.

Однако работы по исследованию пленок продолжаются, и, возможно, удастся свести влияние указанных недостатков к допустимому минимуму. Кроме того, эти недостатки не относятся к страйп-пленкам, к пленкам с ЦМД, а также к пленкам с достаточно высокой коэрцптивной силой (МпВ1 и др.). В последнем случае все выгодные свойства пленок обусловлены большой естественной одноосной кристаллографической анизотропией, перпендикулярной поверхности.

Перемагничиванпе отдельных элементов осу- 240 0 Цт 02 05 04 05 05 07 0805 70 7Д77л= 5!лая Приравнивая нулю первую и вторую производные свооодной энергии по Ч~, получаем систему уравнений для определения критических полей необратимого вращения. 2К (сов ср в1п Ч ) — ' Н„5, в!п ср — Н (, сов ф = О, 2К (сов' <р — в1п' <р) л- Н„1,. сов ср — На7, в1п сс == О.

(3. 10. 2) Вводя безразмерные величины Нк, -= 2К)У„й, =- Н,'Нк, й„=' Н Нк, имеем ! — в1я 2<р -- й,в!п ср — й„сов ф =- О, ществляется лазерным лучом (голографическая пли поточечная термомагнптная запись). Следует отметить также новое очень перспективное направление н области создания тонкопленочных элементов, родившееся из принпипа; «чем хуже, тем лучше». Пленку при ее изготовлении портят настолько, что она становится аморфной. При (ц этом большинство отмеченных выше недостатков пермаллоевых поликристалли- 05 тмацааое сгаанал ческих пленок исчезает, а в в 07 отношении технологичности, воспроизводимости свойств й лс „0аащаиаа" и особенно в отношении сто- "„05 '~~~~~; имости элементов аморфные ~ 05 "Фф пленки имеют бесспорные Г 5' "'"; Пералтаааааааааоа преимущества. В заключение приведем с)7,~~55';:з УР Р . О1,0 /" "'з' ды — кривой критических ' ":.~ '.; ' Г полей, при которых происходит необратимое (когерентное) вращение вектора намагниченности тонкой рис.

З.ва, Астропаа хрптическнх полей пленки с одноосной анизотропией. Запишем свободную энергию пленки как сумму энергии анизотропии Г» и зеемановской энергии гн. Р =- Кв1п' р — Н1, =- Кв!п'ср — Н„/,сов ~р — НаР,в!п ~р. (3.10.1) сов 2ср + й, сов ср,' й„в !п ср =- О. (3.1о.з) Отсюда получаем уравнение астроиды, дающее связь между Н и Н„при известном Нк. 241 (злоА) На рис.

3.39 представлен участок астроиды (3.10.4) из первого квадранта с указанием областей, в которых наблюдались определенные процессы намагничивания. Напомним еще раз, что проведенный расчет верен, если перемагничивание осуществляется к о г е р е н т н ы и необратимым вращением при отсутствии процессов смещения домйнных границ и некогерентного вращения. Экспериментальная проверка уравнения (3.10.4) сводится к определению зависимости Н„(Н ) или Н„(Н„). Для этого, например, можно прц наличии поля Н„ дать короткий наносекундный импульс Н„, равный критическому полю перемагничивания.

Но время перецагничиванпя в импульсных полях определяется временем релаксации из уравнений Ландау — Лифшица, пленка очень неоднородна, имеет дисперсию осей легкой анизотропии, поэтому, как правило, в пленке возникают отдельные участки некогерентного перемагничивания.

Это приводит к разрыву границ между доменами, прекращению изменения (заклиниванию) доменов и другим усложнениям 124]. Таким образом, пленка перемагничивается н ек ог е р е н т но, поэтому уравнение астроиды (3.10.4), как правило, пе подтверждается экспериментом. Глава 4 МНОГОНОДРЕШЕТОЧНЫЕ МАГНЕТИКИ 4 4л. АнтиФеРРОмАгнетики До сих пор мы рассматривали одноподрешеточные ферромагнетики, т. е. такие магнитные кристаллы, в которых при насыщении все спины магнитных атомов направлены в одну сторону. Однако существует много классов магнитных кристаллов, в которых только магнитные моменты атомов, относящихся к одной подрешетке, параллельны, суммарные же моменты различных подрешеток непараллельны.

К одной и той же подрешетке будем относить все магнитные атомы, магнитные моменты которых могут быть совмещены трансляциями на вектор решетки п. Для описания макроскопических магнитных свойств кристалла вводятся намагниченности отдельных подрешеток 1; (1 — номер подрешетки). Простейшим классом многоподрешеточных магнетиков являются антиферромагнетики.

Характеристики

Список файлов книги