Диссертация (1149607), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Намагниченность данного состояния близка к нулю. В частности, вихревое состояниеобразуется в перемычке, расположенной вдоль оси [111] в поле равном 100мТл ( рис. 3.5(б)). Однако данные состояние существуют в достаточно узком диапазоне полей (меньшем 20 мТл). В разделе 3.4 будет показано, чтоданные состояния могут быть подавлены с помощью небольшого увеличения степени спекания. Вихревые состояния не наблюдались в ИО, выполненных из никеля, вследствие большей величины обменной длины.Для более полного понимания природы 2-in-2-out состояний необходимо рассмотреть изменение обменной энергии и энергии размагничивающегополя квазитетраэдров во внешнем магнитном поле (рис.
3.6). Можно видеть, что обменная энергия квазитетраэдров уменьшается при переходе изсостояний 3-in-1-out (или 3-out-1-in) в состояния 2-in-2-out. Соответствующей скачок энергии происходит в поле 40 мТл для ИО на основе никеля(рис. 3.6(а)) и 80 мТл в случае ИО, выполненных из кобальта (рис. 3.6(в)).В квазитетраэдре ИО на основе кобальта наблюдается существенное возрастание обменной энергии перед скачком. Оно обусловлено появлениемвихря в одной из перемычек квазитетраэдра. Различные реализации состояния 2-in-2-out обладают близкой энергией в одинаковых полях (области(b) и (с) на рис. 3.6(a, в)), что указывает на наличие вырождения основногосостояния. Энергия размагничивающего поля также падает при восстановлении правила спинового льда в квазитетраэдрах (рис. 3.6(б, г)).
Однако66Рис. 3.5: Проекции намагниченности перемычек типичного квазитетраэдра на соответствующие направления типа <111> для ИО на основе никеля(а) и кобальта (б). Буквами (a), (b), (c), (d) обозначены конфигурации,соответствующие изображениям (a)-(d) для ИО, выполненных из никеля(в) и кобальта (г). Белыми стрелками отмечены направления средних магнитных моментов перемычек, направление магнитного момента четвертойперемычки обозначено либо крестом, либо кругом. Направление внешнегополя показано черной стрелкой.
Степень спекания составляет 2%.67Рис. 3.6: Зависимость обменной энергии квазитетраэдра ИО на основе никеля (а) и кобальта (в) от величины внешнего магнитного поля. Энергияразмагничивающего поля ИО, выполненных из никеля (б) и кобальта (г).Поле убывает. Буквами (a), (b), (c), (d) обозначены конфигурации, соответствующие изображениям (a)-(d) на рис. 3.5(в, г). Степень спекания составляет 2%.68Рис. 3.7: Зависимость магнитного заряда квазитетраэдров ИО на основе никеля (а) и кобальта (б) от величины внешнего поля.
Поле убывает. Буквами(a), (b), (c), (d) обозначены конфигурации, соответствующие изображениям (a)-(d) на рис. 3.5(в, г). Степень спекания составляет 2%.вследствие нелокальности энергия размагничивающего поля каждого квазитетраэдра оказывается зависящей от магнитного состояния всей элементарной ячейки. Интересно отметить, что при нарушении правила спиново∫︀го льда в квазитетраэдрах возникают магнитные заряды ( qtetr div(M) )(рис. 3.7). Известно, что образование магнитного заряда существенно увеличивает энергию размагничивающего поля [204].Таким образом, можно заключить, что в состоянии 2-in-2-out минимизируется и обменная энергия, и энергия размагничивающего поля.
Конкуренции между данными типами энергий не возникает.Вычисленные кривые гистерезиса элементарных ячеек ИО на основеникеля и кобальта показаны на рис. 3.8. На обеих кривых гистерезисаприсутствуют характерные скачки. В больших магнитных полях (больших300 мТл и 100 мТл для ИО, на основе кобальта и никеля соответственно)все квазитетраэдры находятся в конфигурациях 3-in-1-out или 3-out-1-in.Первый скачок намагниченности происходит в полях 35 и 150 мТл (полеубывает) соответственно для ИО, выполненных из никеля и кобальта.
Онсвязан с переворотом магнитных моментов в перемычках, которые приводят к конфигурации типа 2-in-2-out в шести квазитетраэдрах в случаеИО на основе кобальта и четырех квазитетраэдрах для ИО, выполненногоиз никеля. Последующие скачки возникают вследствие перемагничивания69Рис. 3.8: Кривые гистерезиса элементарных ячеек ИО на основе никеля (а)и кобальта (б), вычисленные при приложении внешнего поля вдоль направления [111].
Буквами (a), (b), (c), (d) обозначены типичные конфигурации,возникающие в квазитетраэдрах и соответствующие изображениям (a)-(d)на рис. 3.5(в, г) Степень спекания составляет 2%.перемычек, расположенных вдоль оси [111]. Все квазитетраэдры переходят в конфигурацию 2-in-2-out во внешнем поле, составляющим 50 мТл и-25 мТл для ИО на основе кобальта и никеля соответственно [9].
Различные значения данных полей связаны в основном с величинами обменныхдлин никеля (8.3 нм) и кобальта (4.9 нм). Анизотропия формы перемычекуменьшается при понижении обменной длины, вследствие этого магнитныемоменты в перемычках ИО на основе кобальта перемагничиваются легче.3.3. Возникновениенеколлинеарнойкомпо-ненты намагниченности при приложенииполя вдоль направления [121]Справедливость правила спинового льда в ИО приводит к появлению макроскопических эффектов, которые в принципе могут быть измерены экспериментально.
В частности, в работе [8] в рамках феноменологической модели, основанной на правиле спинового льда, было предсказано возникновение компоненты намагниченности перпендикулярной полю (направленной70вдоль оси [111]) при приложении последнего вдоль направления [121]. Действительно, магнитное поле, приложенное вдоль [121], оказывается перпендикулярным перемычкам, расположенным вдоль оси [111] (они отмеченыжелтым цветом на рис. 3.9(а)). Если бы правило спинового льда в ИОне выполнялось, то следовало бы ожидать в целом случайное упорядочение магнитных моментов в данных перемычках. Однако легко видеть, чтопри справедливости правила льда в квазитетраэдрах магнитные моментыв перемычках, расположенных вдоль [111], ориентируются одинаковым образом (рис.
3.9(а)).Для проверки данного утверждения и выяснения деталей процессов намагничивания были проведены микромагнитные расчеты распределениянамагниченности в элементарных ячейках ИО на основе никеля и кобальта при приложении внешнего поля вдоль направления [121]. Было установлено, что магнитные моменты в перемычках, ориентированных перпендикулярно направлению поля, действительно упорядочиваются одинаковымобразом (рис. 3.9(б, в)), что приводит к появлению неколлинеарной компоненты намагниченности в системе [11]. В больших полях намагниченностьперемычек, расположенных вдоль оси [111], поворачивается вдоль поля.Вследствие этого перпендикулярная компонента намагниченности подавляется (рис. 3.10).
Однако она появляется в меньших полях их-за существенной анизотропии формы перемычек. На рис. 3.9(б, в) приведены схемы расположения магнитных моментов в перемычках, соответствующиемаксимальному и минимальному значению перпендикулярной компоненты. Можно видеть, что магнитные моменты всех контактов, ориентированных вдоль оси [111], упорядочены одинаковым образом.
В полях близких кзначению коэрцитивной силы перпендикулярная компонента практическиисчезает в результате переориентации магнитных моментов в перемычках.В случае ИО на основе никеля максимальное значение данной компоненты достигается в состоянии остаточной намагниченности их-за отсутствия искривления намагниченности перемычек вдоль поля (рис. 3.10(а)).Однако для ИО, выполненных из кобальта, перпендикулярная компонентапрактически исчезает уже в поле, составляющем 60 мТл.
Данный эффектсвязан с минимизацией энергии размагничивающего поля, направленного71Рис. 3.9: Схема распределения магнитных моментов в перемычках примитивной ячейки ИО при приложении внешнего магнитного поля вдольнаправления [121] (а) и изображения магнитных моментов в элементарнойячейке, спроецированные на плоскость (111) (б, в). Распределение магнитных моментов в перемычках в состоянии остаточной намагниченности вИО на основе кобальта (г). Цветами обозначены моменты, расположенныевдоль различных направлений типа <111>. Магнитные моменты, направленные вдоль оси [111], отмечены либо крестами, либо кругами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
