Д.ф.м.н. Рандошкин В.В.

Институт общей физики им. А.М.Прохорова Российской академии наук, Москва, Россия

Искажения доменной стенки при расширении доменов с обратной намагниченностью в эпитаксиальных пленках

феррит-гранатов с повышенным гиромагнитным отношением

В монокристаллических пленках феррит-гранатов (МПФГ) с ориентацией (111), не содержащих быстрорелаксирующих ионов и, как следствие, обладающих малым безразмерным параметром затухания Гильберта α, методом перемагничивания [1,2] с использованием высокоскоростной фотографии (ВСФ) [2,3] в достаточно больших магнитных полях Н имеет место эффект генерации микродоменов перед движущейся доменной стенкой (ДС) [4,5]. Этот эффект связывают с излучением спиновых волн такой ДС [6,7], и получено экспериментальное тому подтверждение [4]. Ниже порога генерации микродоменов наблюдаются пространственные искажения формы движущейся ДС [4,5].

Генерации микродоменов перед движущейся ДС имеет место и в МПФГ, содержащих быстрорелаксирующие ионы, в частности, Tm³⁺ [8], если безразмерный параметр затухания α ≤ 0.15 [4]. При более высоком α излучение СВ приводит только к уширению изображения движущейся ДС [5,9], включая Tm-содержащие МПФГ вблизи точки компенсации момента импульса (КМИ) [9].

Исследовали расширение ДОН, зарождающихся на точечном дефекте в МПФГ (Bi,Gd,Tm)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ и (Bi,Tm)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ с ориентацией (111). Характерные микрофотографии ДОН в МПФГ (Bi,Gd,Tm)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ с полем одноосной магнитной анизотропии Н_К = 890 Э при фазовом контрасте, когда домены противоположной полярности выглядят одинаково серыми, а ДС – как темная линия, для трех значений Н приведены на рис.1.

Рис.1. Микрофотографии ДС ДОН в МПФГ (Bi,Gd,Tm)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ при комнатной температуре в различном магнитном поле Н = 134 (а,б), 223 (в-д) и 322 Э (е) в различные моменты времени t = 0.2 (а,в,е), 0.3 (б,г) и 0.4 мкс (д).

Видно, что при Н = 134 Э (рис.1,а,б) ширина изображения ДС практически не меняется по периметру домена. При Н = 223 Э пространственные искажения ДС ярко выражены (рис.1,г,д). При Н = 332 Э изображение ДС уширено (рис.1,е).

Для этого же образца на рис.2 показаны кривые V(H) при разной температуре. Видно, что на кривых 1 и 2 начальный линейный участок отсутствует. Для кривых 3 и 4 оба линейных участка имеют место, причем, согласно работе [10], для кривой 3 безразмерный параметр Гильберта α ≈ 1, а для кривой 4 α >> 1, причем температура Т = 315 К, для которой получена кривая 4 наиболее близка к точке компенсации момента импульса (КМИ).

Рис.2. Зависимости скорости ДС V от магнитного поля Н для МПФГ (Bi,Gd,Tm)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ при разной температуре Т, К: 1 - 285, 2 - 294, 3 - 304, 4 - 315, 5 - 343, 6 - 368.

Заметим, что на кривых 5 и 6 имеют место участки с повышенной дифференциальной подвижностью, впервые наблюдавшиеся авторами [11]. причем началу этих участков соответствует диапазон полей, где имеют место пространственные искажения ДС. При этом кривые 5 и 6 получены для температур выше точки КМИ.

На рис.3 для МПФГ (Bi,Tm)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ с Н_К = 2450 Э показаны кривые V(H) при разной температуре. Видно, что кривая 3 содержит только два линейных участка, причем для нее α >> 1 (Т = 298 К близка к точке КМИ). Пространственные искажения ДС наблюдаются по обе стороны от КМИ и соответствуют участку в повышенной дифференциальной подвижностью.

Рис.3. Зависимости скорости ДС V от магнитного поля Н для МПФГ (Bi,Tm)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ при разной температуре Т, К: 1 - 282, 2 - 290, 3 - 298, 4 - 306, 5 - 315, 6 - 325.

Рис.4. Температурные зависимости начальной подвижности m (1) и скорости срыва стационарного движения ДС V_ст (2) для МПФГ (Bi,Gd,Tm)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ (слева) и (Bi,Tm)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ (справа).

На рис.4 для МПФГ обоих составов приведены температурные зависимости начальной подвижности μ и скорости срыва стационарного движения ДС V_ст. Для МПФГ (Bi,Gd,Tm)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ КМИ имеет место при Т ≈ 310 К, а для МПФГ (Bi,Tm)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ – при Т ≈ 306 К, причем в точке КМИ подвижность ДС имеет максимум.

Таким образом, в Tm-содержащих МПФГ пространственные искажения ДС соответствуют началу участка кривой V(H) с повышенной дифференциальной подвижностью, причем в пленках (Bi,Gd,Tm)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ они наблюдаются по обе стороны от точки КМИ Т_КМИ, тогда как в пленках (Bi,Tm)₃(Fe,Ga)₅O₁₂ – только при Т > Т_КМИ.

Литература

1. Владимир Рандошкин. Динамика однохиральных доменных стенок. Импульсное перемагничивание пленок феррит-гранатов. Lambert Academic Publishing, 2011, 400 с.

2. Рандошкин В.В. Метод измерения скорости доменных стенок в пленках феррит-гранатов, ПТЭ, 1995, № 2, с.155-161.

3. Логунов М.В., Рандошкин В.В., Сигачев В.Б. Универсальная установка для исследования динамических свойств ЦМД-материалов. ПТЭ, 1985, № 5, с. 247-248.

4. Рандошкин В.В., Сигачев В.Б. О механизме зарождения микродоменов вблизи движущейся доменной стенки. ФТТ, 1986, т. 28, № 5, с. 1522-1525.

5. Рандошкин В.В. Особенности движения доменных стенок с излучением спиновых волн. ФТТ, 1995, т. 37, № 10, с. 3056-3073.

6. Ходенков Г.Е. Излучение спиновых волн при движении блоховской доменной границы в ферромагнетиках с большой константой анизотропии. ФММ, 1975, т. 39, № 3, с. 466-467.

7. Иванов Ю.В. Динамика доменной границы в спин-волновом приближении. ЖЭТФ, 1981, т. 81, № 2, с. 612-626.

8. Иванов Л.П., Логгинов А.С., Непокойчицкий Г.С. Экспериментальное обнаружение нового механизма движения доменных границ в сильных магнитных полях. ЖЭТФ, 1983, т. 84, № 3, с. 1006-1021.

9. Рандошкин В.В., Сигачев В.Б. Динамика доменных стенок в тулий-содержащих пленках вблизи точки компенсации момента импульса. ФТТ, 1990, т. 32, № 1, с. 246-253.

10. Рандошкин В.В. Зависимость скорости доменных стенок от магнитного поля в одноосных пленках феррит-гранатов с разным затуханием. ФТТ, 1997, т. 29, № 3 с. 652-659.

11. Телеснин Р.В., Рандошкин В.В., Зимачева С.М. Исследование движения доменных стенок в пленках ферритов-гранатов. ФТТ, 1977, т. 19, № 3, с. 907-909.