ТАВРІЙСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ
ТАВРІЙСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. В.І. ВЕРНАДСЬКОГО
Міхерський Ростислав Михайлович
УДК 537.624:537.638.2
МАГНІТНА СТРУКТУРА ЕПІТАКСІАЛЬНИХ ПЛІВОК ФЕРИТ-ГРАНАТІВ
В ПРОСТОРОВО-НЕОДНОРІДНИХ МАГНІТНИХ ПОЛЯХ
01.04.07 - Фізика твердого тіла
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата фізико-математичних наук
Сімферополь - 2000
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Таврійському національному університеті ім. В.І. Вернадського
Науковий керівник кандидат фізико-математичних наук, доцент
Дубінко Сергій Володимирович, директор Конструкторського бюро “Домен" при Таврійському національному університеті
ім. В.І. Вернадського
Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор
Міцай Юрій Миколайович, Ялтинський інститут менеджменту,
завідуючий кафедрою природничих і технічних наук;
доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Коваленко Валерій Фадейович, Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, професор кафедри електрофізики.
Провідна установа Інститут магнетизму НАН України, м. Київ.
Захист відбудеться “ 26 ” січня 2001 р. о 13 годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради К 52.051.02 Таврійського національного університету
ім. В.І. Вернадського, 95007, м. Сімферополь, вул. Ялтинська, 4.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського, 95007, м .Сімферополь, вул. Ялтинська, 4.
Автореферат розісланий “ 23 ” грудня 2000 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради_______________ О.В. Яценко
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Епітаксіальні плівки ферит-гранатів (ЕПФГ) знаходять все більше практичне застосування в магнітомікроелектроніці, в такій її галузі, як магнітооптичні пристрої для зчитування інформації з магнітних носіїв, а також в приладах, призначених для дефектоскопії матеріалів і криміналістичних досліджень.
Для вивчення магнітних полів використовуються такі методи: візуалізація полів магнітними частинками, електронно-оптичні, електронної голографії, засновані на ефекті Холла, індукційному і магніторезистивному ефектах. Однак, деякі мають якісний характер або відносно невисоке просторове розділення, інші занадто складні.
Розвиток технології вирощування ЕПФГ із заздалегідь заданими властивостями дозволив розробити ще один спосіб відображення картин магнітного поля: за допомогою зміни стану спостережуваної завдяки магнітооптичному ефекту Фарадея магнітної структури ЕПФГ.
Цей метод є одним із найбільш ефективних для дослідження просторово-неоднорідних магнітних полів з неоднорідністю порядку 1 - 1000 мкм.
Датчики на основі ЕПФГ знайшли широке застосування для вивчення сигналограм, записаних на аудіо- і відеомагнітофонних стрічках, магнітних стрічках бортових “чорних ящиків", комп'ютерних дискетах і жорстких дисках, банківських магнітних картках і т. ін. По вигляду цих сигналограм можна зробити висновок: про конкретний апарат, на якому робився запис; про наявність монтажу; відновити пошкоджену інформацію, що не читається магнітними головками; виявити прихований запис; відтворити запис, зверху якого був зроблений інший запис і т. ін.
Крім того, датчики на основі ЕПФГ успішно застосовуються для детектування автентичності грошових купюр, а також в дефектоскопії, наприклад, для контролю якості виготовлення магнітних головок і криміналістичних досліджень, пов'язаних із зміною номерів автомобільних агрегатів і зброї.
Для дослідження просторово-неоднорідних магнітних полів використовується, як правило, три типи плівок: ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією (цей тип плівок зараз застосовується найчастіше); ЕПФГ з анізотропією типу “легка площина" (плівки, що дають можливість відображати аналоговий розподіл поля); ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією і підвищеною коерцитивністю (що мають високу роздільну здатність по періоду і чутливість по амплітуді зовнішнього поля). У всіх цих випадках викликає інтерес питання про діапазон просторових частот і амплітуд зовнішнього поля, що однозначно відображається розподілом намагніченості плівок.
Ця проблема є важливою задачею фізики твердого тіла. На жаль, теоретично це питання досить добре досліджене лише для ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією, причому досліджувалися лише граничні випадки, в яких рішення може бути отримане аналітично [1]. Загальний же випадок, що вимагає чисельних розрахунків, не розглядався. Для ЕПФГ з анізотропією типу “легка площина", так само як для ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією і підвищеною коерцитивністю, в наш час не існує послідовних теорій, що дозволяють досить точно передбачати діапазон просторових частот і амплітуд зовнішнього поля, однозначно відображуваних цими плівками.
У зв'язку з вищевикладеним, задача дослідження структури намагніченості епітаксіальних плівок ферит-гранатів в просторово-неоднорідних магнітних полях є актуальною, як з точки зору фізики твердого тіла, так і з точки зору практичного застосування плівок.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано в рамках наукових програм:
1.
Розробка магнітостатичних просторових перетворювачів для топографування сигналограм з магнітних носіїв інформації. “Бук-1/2Д", 22/96, ДР № 0196U000960. Замовник: Радіотехнічний факультет Національного технічного університету України “КПІ". Виконавець: КБ “Домен" при СДУ.
2.
Синтез і дослідження властивостей нових епітаксіальних ферит-гранатових плівок для використання в пристроях високогустинного запису і обробки інформації. “Запис", 24\97 (180), ДР № 0197U001591. Замовник: Міністерство освіти України. Виконавець: КБ “Домен" при СДУ.
3.
Розробка магнітооптичних перетворювачів полів розсіювання магнітних сигналограм. № 2/98 - 4337, ДР № 0198U002691. Замовник: Радіотехнічний факультет Національного технічного університету України “КПІ". Виконавець: КБ “Домен" при СДУ.
4.
Синтез і дослідження нових епітаксіальних плівок ферит-гранатів з розорієнтованими поверхнями. № 203/00 ДР № 0100U001366. Замовник: Міністерство освіти і науки України. Виконавець: Таврійський національний університет ім. В.І. Вернадського.
Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є виявлення закономірностей поведінки магнітної структури епітаксіальних плівок ферит-гранатів в просторово-неоднорідних магнітних полях.
Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити такі задачі:
1.
У загальному випадку, вивчити поведінку доменної структури ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією під дією зовнішнього гармонічного поля, створюваного магнітним носієм інформації.
2.
Дослідити поведінку доменної структури ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією і підвищеною коерцитивністю у зовнішньому гармонічному магнітному полі при зміні температури.
3.
Визначити магнітну структуру ЕПФГ з анізотропією типу “легка площина", індуковану зовнішнім гармонічним магнітним полем.
4.
Вивчити можливі рівноважні положення вектора намагніченості в ЕПФГ з кристалографічною орієнтацією поверхні (112).
Наукова новизна роботи:
1.
Чисельними методами проведено розрахунки діапазону просторових періодів, відображуваних доменною структурою ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією, в системі плівка – магнітний носій інформації з гармонічним просторовим розподілом полів розсіювання при довільних параметрах цієї системи. Побудовано залежність відображуваного діапазону періодів від намагніченості насичення, товщини і густини енергії доменної межі плівки, від товщини і амплітудного значення намагніченості робочого шару магнітного носія, а також від повітряного зазору між магнітним носієм і ЕПФГ.
2. Уперше експериментально виявлено і досліджено температурний гістерезис доменної структури ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією і підвищеною коерцитивністю. Побудовано теоретичну модель, що пояснює явище температурного гістерезису доменної структури. Показано, що збільшення коерцитивної сили приводить до зменшення розмірів доменів, що утворюються в плівці при нагріванні її до точки Кюрі з подальшим охолодженням до кімнатної температури.
3. Проведено розрахунки мінімальних просторових періодів зовнішнього магнітного поля, відображуваних доменною структурою ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією і підвищеною коерцитивністю, в системі плівка – магнітний носій інформації. Показано, що мінімальний відображуваний період поля тим менший, чим більші коерцитивна сила плівки і амплітуда цього поля.
4. Проведено експериментальне і теоретичне дослідження магнітної структури ЕПФГ з анізотропією типу “легка площина", яка виникає під дією просторово-неоднорідних магнітних полів. Отримано залежності компонент намагніченості ЕПФГ від амплітуди і періоду зовнішнього поля, які дозволяють визначати ступінь спотворень сигналу в залежності від амплітуди і періоду поля. Експериментально визначено кількісні характеристики спотворень сигналу.
5. Теоретично досліджено можливі рівноважні положення вектора намагніченості в епітаксіальних плівках ферит-гранатів з кристалографічною орієнтацією поверхні (112) в залежності від співвідношення величин констант магнітної анізотропії. Показано, що при певному співвідношенні констант одноосьової і ромбічної анізотропії в плівках може існувати анізотропія типу “похила легка площина".
Практичне значення отриманих результатів. У роботі отримано ряд нових важливих результатів в актуальній області – фізики епітаксіальних плівок ферит-гранатів. Вони розширюють уявлення про фізичні властивості ЕПФГ в просторово-неоднорідних магнітних полях і при зміні температури.
Отримані в дисертаційній роботі результати, були використані в Конструкторському бюро “Домен" при Таврійському національному університеті ім. В.І. Вернадського для синтезу епітаксіальних плівок ферит-гранатів із наперед заданими параметрами.
Особистий внесок. Автору особисто належать такі результати, викладені в опублікованих наукових роботах:
- проведення чисельних розрахунків мінімальних і максимальних періодів поля магнітного носія інформації, відображуваних доменною структурою ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією, і виявлення залежності цих періодів від параметрів системи плівка – магнітний носій інформації;
- експериментальне дослідження температурного гістерезису доменної структури ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією і підвищеною коерцитивністю;
- побудова теоретичної моделі температурного гістерезису доменної структури;
- проведення розрахунків мінімальних просторових періодів зовнішнього магнітного поля, відображуваних доменною структурою ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією і підвищеною коерцитивністю.
- експериментальне і теоретичне дослідження поведінки магнітної структури ЕПФГ з анізотропією типу “легка площина" під дією просторово-періодичних магнітних полів;
- вивчення можливих рівноважних положень вектора намагніченості в ЕПФГ, вирощених на підкладках з кристалографічною орієнтацією поверхні (112) і доказ можливості існування в подібних плівках анізотропії типу “похила легка площина".
Апробація роботи. Результати роботи доповідалися на II Міжнародній конференції “Физико-технические проблемы электротехнических материалов и кабельных изделий” (МКЭМЭ-97): (м. Москва, 1997 р.), на III Міжнародній конференції "Электромеханика и электротехнологии" (МКЭЭ-98) (м. Клязьма, 1998 р.), на XVI Міжнародній школі-семінарі “Новые магнитные материалы микроэлектроники" (НМММ XVI) (м. Москва, 1998 р.), на Міжнародній конференції “Advanced materials" (AM'99) (м. Київ, 1999 р.), на Міжнародній конференції “8th European Magnetic Materials and Application Conference" (EMMA-2000) (м. Київ,2000 р.), на XVII Міжнародній школі-семінарі “Новые магнитные материалы микроэлектроники" (НМММ XVII) (м. Москва, 2000 р.), на III Міжнародній конференції “Физическо-технические проблемы электротехнических материалов и компонентов" (МКЭМК-99) (м. Москва, 1999 р.), на IV Міжнародній конференції “Электротехника, электромеханика и электротехнологии” (МКЭЭ-2000) (м. Москва, 2000 р.), на XXVI, XXVII, XXVIII Наукових конференціях професорсько-викладацького складу Сімферопольського державного університету (м. Сімферополь, 1997, 1998, 1999 р.) і XXIX Науковій конференції професорсько-викладацького складу і студентів Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського (м. Сімферополь, 2000 р.).
Публікації. Основні результати дисертації опубліковано в 13 наукових роботах, список яких наводиться в кінці автореферату.
Структура і об'єм дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновку і бібліографії. Об'єм дисертації – 113 сторінок машинописного тексту, у тому числі 32 рисунки і 2 таблиці. Бібліографія містить 102 найменування.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі визначено актуальність, мету, новизну, наукове і практичне значення роботи, структуру і обсяг дисертації.
Перший розділ являє собою огляд експериментальних і теоретичних робіт, присвячених дослідженню магнітних властивостей ЕПФГ. Особливу увагу приділено стану питань, подальший розвиток яких становить основу даної роботи. До них відносяться: поведінка доменної структури ЕПФГ під дією просторово неоднорідних магнітних полів і поблизу фазових переходів, а також температурний гістерезис доменної структури.
Другий розділ присвячений дослідженню поведінки доменної структури ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією під дією просторово-неоднорідних гармонічних магнітних полів, створюваних магнітними носіями інформації. При довільних параметрах ЕПФГ і магнітного носія інформації проведено розрахунок мінімального і максимального періодів магнітного поля, відображуваних доменною структурою ЕПФГ. Побудовано залежність цих періодів від намагніченості (), густини енергії доменної межі () і товщини (h) ЕПФГ, а також від намагніченості () і товщини магнітного носія інформації () і від величини повітряного зазору між плівкою і носієм інформації ().
Збільшення енергії доменної межі приводить до збільшення як верхньої, так і нижньої межі діапазону відображуваних доменною структурою ЕПФГ періодів сигналу, а також до його розширення. При цьому власний період доменної структури ЕПФГ також збільшується (рис. 1). Зростання намагніченості плівки веде до зменшення меж і звуження діапазону відображуваних періодів. Період в цьому випадку зменшується (рис. 2). При зменшенні товщини плівки , і спочатку зменшуються, а потім, починаючи з деякої товщини, відбувається їх різке зростання (рис. 3). Збільшення повітряного зазору між магнітним носієм і ЕПФГ спричиняє збільшення , зменшення і, відповідно, звуження діапазону відображуваних періодів (рис. 4). Як видно з рис. 5, практично не залежить від товщини робочого шару магнітного носія . У той же час, збільшується із зростанням за лінійним законом. Зростання амплітудного значення намагніченості робочого шару магнітного носія веде до зменшення , збільшення , а значить і до розширення діапазону відображуваних періодів сигналу (рис. 6).
З наведеної залежності видно, що доменна структура ЕПФГ відображає більш широкий діапазон сигналів, період яких перевищує період власної доменної структури, і менш широкий діапазон тих сигналів, період яких менший періоду власної доменної структури.
Рис. 1. Залежність , і від густини енергії доменної межі ЕПФГ
Рис. 2. Залежність , і від намагніченості насичення ЕПФГ
Рис. 3. Залежність , і від товщини ЕПФГ
Рис. 4. Залежність , і від величини повітряного зазору між магнітним носієм і ЕПФГ
Рис. 5. Залежність , і від товщини робочого шару магнітного носія
Рис. 6. Залежність , і від намагніченості насичення магнітного носія
У третьому розділі описано дослідження поведінки доменної структури в ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією і підвищеною коерцитивністю. Дослідження плівок складу з коерцитивною силою від 2546 до 9947 А/м, проводилося шляхом їх нагрівання до точки Кюрі і подальшого охолодження до кімнатної температури. Для приведення доменної структури в рівноважний стан при кімнатній температурі досліджуваний зразок розмагнічувався змінним магнітним полем. Характерний розмір доменів, отриманих у такий спосіб, становив 5 - 8 мкм. Експеримент показав, що нагрівання зразка не приводить до зміни конфігурації і розмірів доменів аж до температури, при якій доменна структура перестає спостерігатися. Охолодження плівки від (309 - 343 К), спричиняє появу нової доменної структури, для якої характерний розмір доменів змінюється в межах 1 - 3 мкм. Ця доменна структура реагує на зміну температури лише зміною контрасту картини що спостережуеться без трансформації доменів. Подальше розмагнічування ЕПФГ при кімнатній температурі змінним полем приводить доменну структуру до вигляду, близького до вихідного (розмір доменів 5 - 8 мкм). Таким чином, можна говорити про наявність в подібних плівках температурного гістерезису доменної структури.
Для пояснення явища температурного гістерезису у роботі було запропоновано теоретичну модель. У даній моделі досліджувалася температурна залежність доменної структури ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією і підвищеною коерцитивністю в діапазоні від температури Кюрі до кімнатної. Розглянуто два типи смугових доменних структур: метастабільна – реально існуюча в ЕПФГ, з розміром доменів, і стабільна, що існувала б в ЕПФГ у разі відсутності в цій плівці коерцитивної сили, з розміром доменів . Енергія метастабільної доменної структури відрізнялася від енергії стабільної доменної структури наявністю доданку, пов'язаного з коерцитивною силою. Показано, що між і існує залежність:
, (1)
де , - коерцитивна сила. Всі параметри в цій формулі беруться при температурі , що визначається з умови: .
Залежність від коерцитивної сили показано на рис. 7. Тут - коерцитивна сила при кімнатній температурі.
Рис. 7. Залежність від коерцитивної сили Hck
Як видно з цієї залежності, збільшення коерцитивної сили веде до зменшення розмірів доменів що спостерігаються.
Побудовано теоретичну модель, що дозволяє визначити мінімальний напівперіод зовнішнього поля, однозначно відображуваний доменною структурою ЕПФГ. У цій моделі до енергії метастабільної доменної структури додається ще один член, який описує взаємодію доменної структури ЕПФГ із зовнішнім просторово-неоднорідним гармонічним магнітним полем. В результаті проведених розрахунків було отримано формулу для обчислення мінімального напівперіоду поля:
, (2)
де - амплітуда зовнішнього магнітного поля.
Як і у разі відсутності зовнішнього поля, всі параметри в цій формулі бралися при температурі , що визначається з умови: .
На рис. 8 наведено залежність мінімального напівперіоду зовнішнього поля, відображуваного доменною структурою ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією і підвищеною коерцитивністю, від амплітуди цього поля і величини коерцитивної сили.
Рис. 8. Залежність від коерцитивної сили Hck і амплітуди зовнішнього магнітного поля
Як видно з цього рисунка, збільшення амплітуди зовнішнього поля і величини коерцитивної сили спричиняє зменшення періоду відображуваного зовнішнього поля. При цьому, зміна коерцитивної сили більше впливає на мінімальний період відображуваного поля ніж амплітуда цього поля.
У четвертому розділі наведено результати досліджень магнітної структури ЕПФГ з анізотропією типу “легка площина" із слабкою одноосьовою анізотропією в цій площині, яка виникає під дією гармонічного магнітного поля. Розглянуто два випадки. Перший, коли вектор намагніченості через сильну анізотропію не виходить з площини плівки, а отже, на намагніченість діє лише площинна компонента поля. Другий випадок, коли одна компонента зовнішнього магнітного поля направлена вздовж осі легкого намагнічування в площині зразка, а інша – нормально до площини плівки. При цьому вважається, що плівка, у разі відсутності зовнішнього магнітного поля, однорідно намагнічена в своїй площині.
Магнітна структура в подібних плівках визначається спільним розв'язанням рівнянь Ландау-Ліфшица і магнітостатики. Результати розрахунків показують, що в обох випадках збільшення амплітуди зовнішнього поля, так само як збільшення періоду цього поля, спричиняють збільшення спотворень у відображенні даного поля магнітною структурою ЕПФГ.
Для перевірки теоретичних результатів було проведено експериментальне дослідження. В основу експерименту покладено явище дифракції світла на фазовій решітці, індукованій в ЕПФГ синусоїдальним полем магнітної стрічки. У спектрі ідеальної синусоїдальної решітки повинні бути присутні тільки перші порядки дифракції. Інтенсивність вищих порядків дифракції характеризує ступінь відхилення форми решітки від синусоїдальної. У експерименті вісь легкого намагнічування в площині плівки орієнтувалася або паралельно (), або перпендикулярно () тангенціальній компоненті поля магнітної стрічки.
Результати експерименту з дифракції світла наведено в таблиці 1.
Таблиця 1
Аналіз спектра дифракції на магнітооптичній решітці, що формується в ЕПФГ з анізотропією “легка площина"
де , , , - інтенсивності першого і вищих порядків, відповідно.
Експериментальні результати якісно узгоджуються з теоретичними. А саме: максимальний кут виходу намагніченості з площини плівки, а також ступінь спотворень індукованої решітки тим вищі, чим більший період зовнішнього поля і чим вища його амплітуда.
Як видно з таблиці, спотворення при візуалізації плівками “легка площина" можуть бути знижені, якщо вісь легкого намагнічування орієнтувати перпендикулярно тангенціальній компоненті зовнішнього поля.
П'ятий розділ присвячений дослідженню можливих рівноважних положень вектора намагніченості в ЕПФГ, вирощених на підкладках з кристалографічною орієнтацією поверхні (112). Знайдено рішення, що описують рівноважне положення вектора намагніченості в залежності від константи одноосьової анізотропії і константи ромбічної анізотропії . Показано, що при >0, >0, мінімум енергії магнітної анізотропії в подібних плівках визначається виразом:
. (3)
Дослідження показують, що цей вираз описує не що інше, як площину, пересічну з площиною плівки вздовж кристалографічного напряму під кутом 3516'. Цю площину, відповідну мінімуму енергії анізотропії, за аналогією з “легкою площиною", було названо “похила легка площина".
В розділі "Висновки" наведено найбільш важливі наукові та практичні результати і висновки, одержані в дисертації.
Дану роботу виконано на кафедрі експериментальної фізики Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ
1.
Досліджено поведінку доменної структури ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією під дією просторово-неоднорідних гармонічних магнітних полів. Проведено розрахунки діапазону просторових періодів магнітного поля, відображуваних доменною структурою ЕПФГ, в системі плівка – магнітний носій інформації при довільно заданих параметрах цієї системи. Побудовано залежності відображуваного діапазону періодів магнітного поля від намагніченості насичення, товщини і густини енергії доменної межі плівки, від товщини і амплітудного значення намагніченості робочого шару магнітного носія, а також від величини повітряного зазору між магнітним носієм і ЕПФГ.
2.
Експериментально досліджено температурну залежність доменної структури ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією і підвищеною коерцитивністю аж до температури Кюрі. Уперше в подібних плівках, на великій кількості зразків, виявлено і досліджено температурний гістерезис доменної структури.
3.
Побудовано теоретичну модель, що пояснює явище температурного гістерезису доменної структури. Показано, що збільшення коерцитивної сили приводить до зменшення розмірів доменів, що утворюються в плівці після охолодження її від температури Кюрі.
4.
Проведено розрахунки мінімальних просторових періодів зовнішнього магнітного поля, відображуваних доменною структурою ЕПФГ з перпендикулярною анізотропією і підвищеною коерцитивністю в системі плівка – магнітний носій інформації. Показано, що мінімальний відображуваний період поля тим менший, чим більші коерцитивна сила плівки і амплітуда цього поля.
5.
Проведено теоретичне дослідження магнітної структури ЕПФГ з анізотропією типу “легка площина", яка виникає під дією площинної компоненти просторово-неоднорідного магнітного поля. Теоретично розглянуто магнітну структуру легкоплощинних епітаксіальних плівок ферит-гранатів під дією двокомпонентного просторово-неоднорідного магнітного поля. Отримано залежності компонент намагніченості ЕПФГ від амплітуди і періоду зовнішнього поля, які дозволяють визначати ступінь спотворень сигналу в залежності від амплітуди і періоду поля.
6.
Експериментально досліджено розподіл намагніченості в епітаксіальних плівках ферит-гранатів з анізотропією типу “легка площина" під дією гармонічного поля магнітного носія. Аналіз спектра дифракції підтвердив теоретичний висновок про те, що збільшення амплітуди і періоду поля обумовлює зростання спотворень форми відображуваного сигналу. Експериментально визначено кількісні характеристики спотворень сигналу.
7.
Теоретично досліджено можливі рівноважні положення вектора намагніченості в епітаксіальних плівках ферит-гранатів з кристалографічною орієнтацією поверхні (112) в залежності від співвідношення величин констант магнітної анізотропії. Показано, що при певному співвідношенні констант одноосьової і ромбічної анізотропії в подібних плівках може існувати анізотропія типу “похила легка площина".
Список опублікованих праць за темою дисертації
1.
Михерский Р.М., Дубинко С.В. Эпитаксиальные пленки феррит-гранатов с анизотропией типа “наклонная легкая плоскость” // Письма в ЖТФ. - 2000.- Т. 26, вып. 6. - С. 90 - 94.
2.
Міхерський Р.М., Дубінко С.В., Вишневський В.Г., Недвига О.С., Прокопов А.Р. Температурна залежність доменної структури епітаксіальних плівок ферит-гранатів з підвищеною коєрцитивністю // УФЖ. - 2000. - Т. 45, № 3. - С. 368 - 371.
3.
Бутрим В.И., Михерский Р.М., Вишневский В.Г., Дубинко С.В. Структура намагниченности легкоплоскостных ферромагнетиков в неоднородных магнитных полях // Ученые записки Симферопольского государственного университета. - 1998. - № 7 (46). - С. 122 - 124.
4.
Михерский Р.М., Дубинко С.В. Статическое гармоническое поле в магнитоанизотропной среде // Ученые записки Симферопольского государственного университета. - 1998. - № 5 (44), - С. 153-157.
5.
Михерский Р.М., Дубинко С.В., Бутрим В.И., Вишневский В.Г. Распределение намагниченности в легкоплоскостных ферромагнетиках в пространственно-неоднородных магнитных полях // Ученые записки Таврического национального университета. - 1999. - Т. 12 (51), № 2. - С. 156 - 159.
6.
Михерский Р.М., Дубинко С.В., Бутрим В.И., Вишневский В.Г. Намагниченность легкоплоскостных магнитных пленок в неоднородных магнитных полях // III Междунар. конф. "Электромеханика и электротехнологии" (МКЭЭ-98): Тез. докл. - М.: Изд-во МЭИ, 1998. - С. 491 - 492.
7.
Михерский Р.М., Вишневский В.Г., Дубинко С.В. Перемагничивание пленок феррит-гранатов пространственно-неоднородным магнитным полем // II Междунар. конф. “Физико-технические проблемы электротехнических материалов и кабельных изделий” (МКЭМЭ-97): Тез. докл. - М.: Изд-во МЭИ, 1997. - С. 195 - 196.
8.
Михерский Р.М., Дубинко С.В., Вишневский В.Г., Недвига А.С, Прокопов А.Р. Температурный гистерезис доменной структуры эпитаксиальных пленок феррит-гранатов с повышенной коэрцитивностью. // Новые магнитные материалы микроэлектроники (НМММ XVI): Тез. докл. XVI Междунар. школы-семинара. - Часть 2. - М.: Изд-во УРСС, 1998. - С. 568.
9.
Mikherskii R.M., Dubinko S.V. A magneto-optical material for visualization of magnetic fields // International Сonf. "Advanced materials" (AM'99): Abstracts. - Symposium B. Functional materials for information recording and radiation monitoring. - Kiev, 1999. - P. 186.
10.
Mikherskii R.M., Dubinko S.V., Butrim V.I. Phase diagrams of misorientation ferrite garnet films // 8th European Magnetic Materials and Application Conference (EMMA-2000): Abstracts. - Kyiv, 2000. - P. 257.
11.
Михерский Р.М., Дубинко С.В. Структура намагниченности пленок с анизотропией “наклонная легкая плоскость” в гармонических магнитных полях // Новые магнитные материалы микроэлектроники (НМММ XVII): Сб. тр. XVII Междунар. школы-семинара. - М., 2000. - С. 769-770.
12.
Михерский Р.М., Дубинко С.В., Вишневский В.Г. Температуррная зависимость доменной структуры эпитаксиальных пленок феррит-гранатов с повышенной коэрцитивностью в пространственно-неоднородных магнитных полях // Труды III Междунар. конф. “Физико-технические проблемы электротехнических материалов и компонентов” (МКЭМК-99). - М., 1999. - С. 211 - 212.
13.
Михерский Р.М., Вишневский В.Г., Дубинко С.В. Адекватность визуализации магнитных полей легкоплоскостными пленками феррит-гранатов // Труды IV Междунар. конф. “Электротехника, электромеханика и электротехнологии” (МКЭЭ-2000). - М.:, 2000. - С. 156.
Цитована література
1.
Герус С. В., Лисовский Ф. В., Мансветова Е. Г. Доменная структура одноосных магнитных пленок в магнитных полях с пространственной периодичностью // Микроэлектроника. - 1981. - T. 10, вып. 6. -С. 506 - 515.
АНОТАЦІЇ
Міхерський Р.М. Магнітна структура епітаксіальних плівок ферит-гранатів в просторово-неоднорідних магнітних полях. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла, Таврійський національний університет ім. В.І. Вернадського, Сімферополь, 2000.
Дисертація присвячена дослідженню магнітної структури в епітаксіальних плівках ферит-гранатів в просторово-неоднорідних магнітних полях. Експериментально і теоретично встановлено, що в епітаксіальних плівках ферит-гранатів з перпендикулярною анізотропією і підвищеною коерцитивністю існує температурний гістерезис доменної структури. Показано, що при певному співвідношенні констант одноосьової і ромбічної анізотропії в епітаксіальних плівках ферит-гранатів з кристалографічною орієнтацією поверхні (112) може існувати анізотропія типу “похила легка площина".
Ключові слова: епітаксіальні плівки ферит-гранатів, коерцитивна сила, температурний гістерезис доменної структури, анізотропія типу “легка площина", просторово-неоднорідне магнітне поле.
Mikherskii R.M. Magnetic Structure of Epitaxial Garnet Ferrite Films in Spatially Non-Uniform Magnetic Fields. - Manuscript.
Thesis for а candidate of science degree of Physics and Mathematics by speciality 01.04.07 - Solid State Physics. - National Taurida V. Vernadsky University, Simferopol, 2000.
The thesis pertains to investigation of the magnetic structure in epitaxial garnet ferrite films in spatially non-uniform magnetic fields. Experimentally and theoretically it has been found that in epitaxial garnet ferrite films with а normal magnetic anisotropy and an increased coercive force there is а thermal magnetic hysteresis of the domain structure. It has been demonstrated that for а certain ratio of the uniaxial anisotropy constant to that of the orthorhombic one in epitaxial garnet ferrite films with the surface orientation (112) а tilted-easy-plane magnetic anisotropy can exist.
Key words: epitaxial garnet ferrite films, coercive force, thermal magnetic hysteresis of the domain structure, easy-plane magnetic anisotropy, spatially non-uniform magnetic field.
Михерский Р.М. Магнитная структура эпитаксиальных пленок феррит-гранатов в пространственно-неоднородных магнитных полях. -Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела, Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского, Симферополь, 2000.
Диссертация посвящена исследованию магнитной структуры эпитаксиальных пленок феррит-гранатов (ЭПФГ) в пространственно-неоднородных магнитных полях.
Исследовано поведение доменной структуры ЭПФГ с перпендикулярной анизотропией под действием пространственно-неоднородных гармонических магнитных полей. Проведены расчеты диапазона пространственных периодов магнитного поля, отображаемых доменной структурой ЭПФГ в системе пленка – магнитный носитель информации при произвольно заданных параметрах этой системы. Построены зависимости отображаемого диапазона периодов магнитного поля от намагниченности насыщения, толщины и плотности энергии доменной границы пленки, от толщины и амплитудного значения намагниченности рабочего слоя магнитного носителя, а также от величины воздушного зазора между магнитным носителем и ЭПФГ.
Исследована температурная зависимость доменной структуры ЭПФГ с перпендикулярной анизотропией и повышенной коэрцитивностью вплоть до температуры Кюри. Впервые в подобных пленках, на большом количестве образцов, обнаружен и исследован температурный гистерезис доменной структуры.
Построена теоретическая модель, объясняющая явление температурного гистерезиса доменной структуры. Показано, что увеличение коэрцитивной силы приводит к уменьшению размеров доменов, образующихся в пленке после охлаждения ее от температуры Кюри.
Проведены расчеты минимальных пространственных периодов внешнего магнитного поля, отображаемых доменной структурой ЭПФГ с перпендикулярной анизотропией и повышенной коэрцитивной силой, в системе пленка – магнитный носитель информации. Показано, что минимальный отображаемый период поля тем меньше, чем больше коэрцитивная сила пленки и амплитуда этого поля.
Проведено теоретическое исследование магнитной структуры ЭПФГ с анизотропией типа “легкая плоскость”, возникающей под действием плоскостной компоненты пространственно-неоднородного магнитного поля. Теоретически рассмотрена магнитная структура легкоплоскостных эпитаксиальных пленок феррит-гранатов, которая возникает под действием двухкомпонентного пространственно-неоднородного магнитного поля. Получены зависимости компонент намагниченности от амплитуд и периодов внешнего поля, которые позволяют определять степень искажения сигнала в зависимости от амплитуды и периода поля.
Экспериментально исследовано распределение намагниченности в эпитаксиальных пленках феррит-гранатов с анизотропией типа “легкая плоскость” под действием гармонического поля сигнала магнитного носителя. Анализом спектра дифракции подтвержден теоретический вывод о том, что увеличение амплитуды и периода поля обуславливает рост искажений формы отображаемого сигнала. Экспериментально определены количественные характеристики искажений сигнала.
Теоретически исследованы возможные равновесные положения вектора намагниченности в эпитаксиальных пленках феррит-гранатов с кристаллографической ориентацией поверхности (112) в зависимости от соотношения величин констант магнитной анизотропии. Показано, что при определенном соотношении констант одноосной и ромбической анизотропии в подобных пленках может существовать анизотропия типа “наклонная легкая плоскость”.
Полученные в диссертационной работе результаты были использованы в Конструкторском бюро “Домен” при Таврическом национальном университете им. В.И. Вернадского для синтеза эпитаксиальных пленок феррит-гранатов с заранее заданными параметрами.
Ключевые слова: эпитаксиальные пленки феррит-гранатов, коэрцитивная сила, температурный гистерезис доменной структуры, анизотропия типа “легкая плоскость”, пространственно-неоднородное магнитное поле.
