Krinchik-GS-Fizika-magnitnyh-yavlenii (1239154), страница 39
Текст из файла (страница 39)
О значении механизма 4 для создания материалов с прямоугольной петлей гпстерезиса уже говорилось. Следует обратить внимание на один интересный «аномальный» случай, когда осуществление механизма 3 увеличивает коэрцитнвную силу, оцененную, исходя из механизма 2. Это случай инверсных прямоугольных петель гнстерезиса для тонких ферромагнитных пленок. Если перемагничнванпе тонной ферромагнитной пленки с одноосной анизотропией осуществить вдоль легкой оси когерентным вращением вектора 1„то пленка, вообще говоря, должна иметь прямоугольную петлю гистерезиса с коэрцитивной силой 0,=2КА1ь (см.
(3.9.7)). В то же время экспериментально наблюдались инверсные прямоугольные петли гистерезиса с большей коэрцитивиой силой. Объяснение состоит в том, что пз-за квазипериодической зависимости положения (дисперсии) осп легкой аннзотропии в реальном образце векторы 1, отдельных участков пленки начинают поворачиваться в разные стороны, прп некотором значении угла поворота нз-за включения магнитостатической энергии взаимодействия магнитная структура «заклинивается», и в результате процесс некогерентного вращения проходит при более высоких значениях магнитного поля, чем коэрцитпвная сила обратимого вращения.
В заключение этого параграфа рассмотрим случай, когда можно получить универсальную зависимость намагниченности от магнитного поля для полнкристалла — так называемый закон приближения к насыщению, установленный впервые Акуловым. При этом используется условие малое~и угла между полем и вектором намагниченности отдельного кристаллнта.
Пусть поле Н ориентировано в отдельном монокристалле произвольным образом, а 0— угол между Н н 1, — мал по величине. Свободная энергия может быть представлена как сумма энергии анизотропин и зеемановской энергии (в окончательном результате мы учтем также вклад магнитоупругой энергии): 237 — — + Н!,з1пО= — О, дР /дРр~ да (,дз~ в случае О- 0 з1п9ыО, вводя обозначение — ~ — ) .— С, нахо- Г дРь' !, дд,в дим равновесное значение для О: (3.9.33) 9= С!НУ,.
Тогда ! = ), соз О ж г',(1 — О'~2) †.. 1,(! — О,~2),'Н') или (3.9.34) / = — 1, (1 — а,)Н'), где а, = Сз,'2!~„С вЂ” функция 9. Произведя усреднение по О, при условии равномерного распределения ориентации крнсталлитов в поликристалле, получаем а, =- —,— ~ — К, + — К,а(Л„„— Л,м) + — а~ (Лыр — Лш)'1, (3.9.35) где а — амплитуда остаточных упругих напряжений. Из полученной формулы видно, что закон приближения к насыщению позволяет определить константу анизотропии 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 ... ~ -- ярН, (3.9.36) где хр — 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 кристаллитов). $ ЗЛО. ТОНКИЕ ФЕРРОМАГНИТНЫЕ ПЛЕНКИ Получение в 50-х гг. пермаллоевых пленок толщиной 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- 239 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 границы 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 аннзотропии, перпендикулярной по.
верхносгн, 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 анизотропии и размагннчивающим 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 прн малом числе атомных слоев нз-за отсутствия периодичности кристалла в одном из направлений, изменение термодинамики ферромагнетика в тонкопленочном состоянии благодаря влиянию поверхностей, возможность передачи обменного взаимодействия от однои ферромагнитной пленки к другой через электроны проводимости разделяющей немагнитной прослойки и т.
д. Однако технологические трудности получения одноатомных и 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 магнитных 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 недостатки тонких пермаллоевых пленок, обнаруженные в ходе их исследования. 1. Основная характеристика пермаллоевого элемента — наведенная одноосная анпзотроппя — 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 полякрпсталлических 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 приводит к неоднозначности состояния магнитного элемента, к зависимости доменной структуры от числа рабочих циклов записи и считывания. 4. Тот факт, что пермаллоевые элементы перемагничнваются в очень слабом поле (порядка 1 Э), зачастую приводит к термическим нестабильностям их характеристик, а также к сбоям, обусловленным взаимными магнитостатическими 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 коэрцитивной силой (МпВ1 и др.). В последнем случае все выгодные свойства пленок обусловлены большой естественной одноосной кристаллографической анизотропией, перпендикулярной поверхности. Перемагничивание отдельных элементов осу- 02 05 09 05 00 97 08 00 70 и уи„=еса я Приравнивая нулю первую и вторую производные свободной энергии по ф, получаем систему уравнений для определения критических полей необратимого вращения.
2К(соэ фа!и ф) -;- Н 7, э1п ф — Н„7, соз ф — О, 2К(соах ф — в1п» ф) -' Н (исоа ф -, 'Н 7, 91п ф == О. (3.! О 2) Вводя безразмерные величины Нк = 2КН„й„— Н„'Нк, й„= Н„'Нк имеем 1 — в!и 2ф — ' й э!пф — й совф-- О, 2 х У сов 2ф+ й,совф -'; — й„з!пф-.: О. (ЗНО.3) Отсюда получаем уравнение астроиды, дающее связь между Н, и Н„при известном Нк. 241 ществляется лазерным лучом (голографическая цли поточечная термомагнитная запись).
Следует отметить также новое очень перспективное направление в области создания тонкопленочных элементов, родившееся нз принципа: «чем хуже, тем лучше». Пленку прп ее изготовлении портят настолько, что она становится аморфной. При (О этом большинство отмеченных выше недостатков пермаллоевых поликристалли- 08 СчеаТеаае ел енал ческих пленок исчезает, а в „ 07 отношении технологичности, воспРоизвоДимости свойств ц ас „0РааТеааео и особенно в отношении сто- " 05' Ф~ имости элементов аморфные - ОФ пленки имеют бесспорные Г' .Ф .у', Переиаеаача8ааае преимущества. В заключение приведем 02 фри,ЗГ вывоД УРавнениЯ астРои- 07 фа/~"~Р ',.'~ х ды — кривой критических полей, при которых проис- 0 07 ходит необратимое (когерентное) вращение вектора намагниченности тонкой Рис 3.39. выстроила критических полей пленки с одноосной анизотропией.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
