Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 99
Текст из файла (страница 99)
Известно, что уменьшение скорости границы связано со скручиванием последней, но математические трудности, связанные с анализом неоднородных стенок и учетом Н , не позволяют решить задачу с необходимой точностью. Однако и такое неполное знание полезно для практики, поскольку позволяет сделать вывод о том, что для увеличения скорости границы домена надо бороться с ее скручиванием. Последнее можно уничтожить, если перейти к ферромагнетикам с сильной ромбической анизотропией. Анализ показал, что в пленке феррита-граната можно создать сильную ромбическую анизотропию, если выращивать ее на специально вырезанной подложке. Такие пленки были получены, и проведенные на них эксперименты подемонстрировали резкое увеличение предельных скоростей границы (до 1000 м/с) по сравнению с одноосным случаем.
Другим возможным путем является использование пленок ферритов-гранатов, близких к точке компенсации механических моментов подрешеток. Магнитные материалы указанных типов в настоящее время интенсивно изучаются. Совершенствуется технология их изготовления, и исследуется возможность их использования в перспективных быстродействующих устройствах с цилиндрическими магнитными доменами. Отметим еще одно обстоятельство. Первые ЦМД-устройства создавались на основе пластин ортоферритов. Впоследствии перешли на ферриты-гранаты, у которых размер домена в 10 — 20 раз меньше и тем самым больше плотность записи информации.
Тот факт, что предельная скорость домена в ортоферритах значительно (десятки километров вместо десятков или сотен метров в секунду) больше, чем в ферритахгранатах, позволяет рекомендовать ортоферриты как удобные материалы для тех ЦМД-устройств, в которых важнее всего быстродействие, а не плотность записи информации. ф 26.3. Излучение звука при движении доменной границы На зависимости скорости границы о от поля, показанной на рис. 26.3, хорошо заметны области отклонения от плавной кривой, задаваемой формулой (26.16).
Отклонения имеют вид уплощенных участков, или «полочеке, и наблюдаются при скоростях границы примерно 4, 5 и 7 км!с. Указанные значения близки к величине скорости поперечного и продольного звуков в исследованном кристалле. Оказалось, что это 480 Гж 2б. Динимика могнианых доменов и их применение совпадение не случайно. Что происходит с границей, движущейся со скоростью, близкой к скорости звука? Эффект, судя по рисунку, примерно такого же типа, как при преодолении самолетом звукового барьера: резкое возрастание силы торможения.
Чтобы понять причины наблюдаемого эффекта, обратимся к формуле (26.7), определяюгдей условие излучения волны движущейся границей. Она получена для магнонов, но понятно, что те же закономерности должны иметь место и для любой другой волны или квазичастицы. Различие состоит только в законе дисперсии. Для звуковой волны иг = е~)с, и условие излучения фонона в силу (26.7) имеет вид о е, т.е, получается, что излучение фононов возможно только при избранном значении скорости границы, равном скорости продольного или поперечного звука. Учет затухания звука или отклонения его закона дисперсии от линейного приводит к тому, что фононы излучаются в некотором конечном интервале значений скорости границы.
Оценки показывают, что при комнатной температуре в ортоферритах этот интервал гхо определяется затуханием звука и довольно мал. Излучение фононов приводит к уменьшению энергии доменной границы, т.е. ее торможению. Сила торможения Гд„и(в) отлична от нуля в том случае, когда н лежит в узком интервале гзо около скорости б 0 0 5 Рис. 26.4.
Фононная сила торможения (а) и зависимость н(Н) с учетом этой силы (б) звука (рис. 26.4, а), причем чем уже этот интервал, тем больше максимальное значение силы торможения. Как скажется наличие фононной силы торможения на движении границы? Скорость границы определяется формулой 2МоН = Г,,„, где под Гере„нужно понимать сумму вязкого трения оВ и фононного торможения Г4„„. Уравнение 2МоН = иВ+ Гд„„можно решить графически (рис.
26.4, б). Оказывается, что при о = Я зависимость н(Н) делается более пологой, т.е. теория описывает «полочку» такого же типа, что и наблюдаемая в эксперименте. Конкретные расчеты и оценки показали неплохое согласие теоретических оценок ширины этой полочки с ее экспериментальным значением. 2б4 Динамика цилиндрического магнитного домена 48! ф 26.4. Динамика цилиндрического магнитного домена Е = — — Ы ЙЛХО'чгн. 2 (26. 18) Сила Е направлена против чгН и стремится сместить домен в сторону меньших значений поля.
Величина (гы =- ясЛЬЛ(оЯН играет для ЦМД ту же роль, что и потенциальная энергия для частицы в механике. Вычисляя силу торможения, действующую на ЦМД, получаем ак Е,'1~~ = — В)йгв ~ ( соз эо) гйр =- — 2ВЫо. о Приравняем величину силы трения вынуждающей силе (26.18) и выделим зависнмогть и от туН. В итоге имеем яро я ухо и = сГГН = — ' ЛН = рцмдбН, 4В 8 Лр (26.19) Здесь ЛН = с(мН вЂ” перепад поля на размере ЦМД. Видно, что при движении ЦМД подвижность рцмд имеет тот же порядок величины, что и у доменной границы.
Для устройств, использующих движение ЦМД, выгодно большое значение подвижности, так как это позволяет увеличить быстродей- гв Е.С. Боровик и др. Многие закономерности движения ЦМД похожи на те, что отмечались выше в связи с динамикой плоской границы. Однако есть и существенные отличия. Остановимся на них подробнее. Для перемещения любого уединенного домена необходимо создать неоднородное поле, поскольку в однородном силы, действующие на различные участки границы, окружающей домен, компенсируют друг друга.
Найдем силу, действующую на ЦМД в неоднородном в плоскости пластинки поле Н = Н(х,р,г) ев. Предположим, что поле Н медленно меняется в пространстве, т.е. слабо изменяется на расстоянии порядка радиуса ЦМД. В этом случае можно считать, что энергия ЦМД по-прежнему определяется формулами, приведенными вылив, но его диаметр д, как и внешнее поле в формуле для зеемановской энергии, зависит от координат. Если домен переместится на величину др (где р — радиус-вектор в плоскости пластинки), то его энергия изменится на величину ЛЕ = [(~~) чгН+ (~~) ЛУг(~ бр.
Однако дЕ/Вс( = 0 в силу условия равновесия ЦМД. Следовательно, сила Р = — ЛЕ/бр, действующая на ЦМД, определяется градиентом магнитного поля ЯН. Воспользовавшись формулой для энергии во внешнем магнитном поле, находим 482 Гл. 2б. Динамика магнитных доменов и их применение Рис 26.5. Различные варианты рас пределения намагниченности в цен тре доменной границы ЦМД ствие прибора при том же значении продвигающего поля. Поэтому очень важно, чтобы магнитные материалы имели малую константу затухания Л„. Для целенаправленного создания таких материалов необходимо детально изучить релаксационные процессы, определяющие торможение доменной границы и ЦМД. В описанной теории ЦМД ведут себя как частички, двигающиеся под действием внешней силы в вязкой среде.
Однако, как это часто бывает, в действительности картина оказывается более сложной. В первых же экспериментах, проведенных на пленках и пластинках ферритов-гранатов, обнаружилось, что некоторые ЦМД ведут себя необычно. Помимо нормальных ЦМД, движущихся вдоль градиента поля, наблюдались аномальные, которые двигались под углом к нему, причем одни из них отклонялись вправо, а другие — влево. Поперечные компоненты скорости могли быть в десятки раз больше продольных. Подобное поведение во время экспериментов оказалось совершенно неожиданным.
Непонятно было даже то, как цилиндрически-симметричный домен может «выбрать», в какую сторону ему отклоняться— вправо или влево. Экспериментально установлено, что аномальное поведение особенно сильно проявляется у ЦМД со сложной структурой доменной границы, а именно: в тех случаях, когда граница содержит большое число блоховских линий. Довольно скоро была развита теория, объясняющая это поведение. Перед тем как перейти к описанию аномальной динамики ЦМД, рассмотрим возможные типы распределения намагниченности в его границе (рис. 26.5). Будем говорить о направлении намагниченности в о центре границы, т.е.
при О =-пгг2. (( ~ (е к1 Это направление характеризуется ,/,г г~ е/ углом их Сразу напрашивается два воза о в можных типа поведения. Для одного из них характерна параллельная ориентация М во всех точках границы (рис, 26.5, а). Если направление М совпадает с осью легчайшего намагничивания в базисной плоскости, то домену типа а отвечает минимум энергии анизотропии в этой плоскости.
Однако из-за того, что граница ЦМД искривлена, ему соответствуют неравенства с(ьм М ф О и Н,п ф О; следовательно, он не выгоден с точки зрения энергии размагничивающих полей. Можно ожидать, что домены типа а будут реализовываться в магнетиках с сильной анизотропией в базисной плоскости п,ие"' и малой дипольной энергией ш,„. Примером могут служить ортоферриты, в которых и„,"и"',гш ) !О~, и ферриты-гранаты с сильной плоскостной анизотропией.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
