Delist.ru

Элементарные акты перемагничивания квази-двумерных магнетиков и доменных границ (02.10.2007)

Автор: Горнаков Владимир Степанович

несовершенствами кристаллической решетки. При перемагничивании в основное состояние другие области двухслойной структуры [Рис.5(д-з)] с увеличенным значением анизотропии в AFM слое играют роль мест зарождения ФМ доменов. Одним из основных источников дисперсии анизотропии

Неоднородное распределение намагниченности в ФМ слое при перемагничивании в значительной степени обусловлено неоднородным распределением анизотропии в АФМ слое. Важным источником такой неоднородности в эпитаксиальных монокристаллических гетероструктурах являются дислокации. Процесс перенамагничивания осуществляется за счет сложной доменной структуры, возникающей вследствие сильного влияния краевых и винтовых дислокаций как на вращение спинов, так и на зарождение и рост доменов. Необходимо подчеркнуть, что, тогда как винтовые дислокации в основном создают ступеньки на интерфейсе NiFe/NiO (которые могут приводить к фрустрации векторов намагниченности на нем), то краевые дислокации наводят неоднородные внутренние напряжения. Это различие позволяет заключить, что неоднородное распределение магнитной анизотропии, наведенное магнитоупругим взаимодействием в АФМ, играет важную роль в перемагничивании двухслойной структуры. При этом установлено, что наведенная локальная анизотропия направлена вдоль осей <110> и не зависит от ориентации осей однонаправленной анизотропии в двухслойных структурах NiFe/NiO, что ведет к различному характеру взаимодействия спинов вблизи плоскостей скольжения краевых дислокаций со спинами в недеформированных областях структур, обменно-смещенных вдоль [110] и [100]. Исходя из анализа экспериментальных данных предложено непротиворечивое описание таких гистерезисных свойств этих структур, как поле смещения и коэрцитивность, с учетом неоднородности в распределении АФМ спинов как поперек, так и вдоль интерфейса.

Эксперименты по перемагничиванию обменно-смещенных ФМ пленок в гетероструктурах с обратным порядком нанесения ФМ и АФМ слоев, в образцах, выращенных па поликристаллических Si подложках, а так же в однокомпонентных ФМ пленках наглядно демонстрируют, что дефекты кристаллической решетки в двухслойной структуре, и, прежде всего дислокации в монокристаллических и зернистая структура в поликристаллических пленках, оказывают решающее влияние на статическую и динамическую конфигурацию спинов в АФМ слое, которая за счет обменной связи с ФМ спинами на интерфейсе определяет процессы перемагничивания этого ФМ слоя.

В §3.4 экспериментального изучены основные факторы, влияющие на элементарные акты перемагничивания в тонких ферромагнитных пленках (NiFe, CoFe, Co, FeMnC) обменно-связанных с антиферромагнитными слоями (FeMn, IrMn) в зависимости от параметров и структуры как ФМ и АФМ пленок, так и свойств системы спинов непосредственно на интерфейсе. Изучено влияние толщины ферромагнитного слоя, «замороженной» доменной структуры и отжига на формирование и преобразование доменной структуры и системы спинов, локализованных в АФМ слое вблизи интерфейса, в таких гетерофазных структурах.

С целью выявления вклада различных типов магнитных взаимодействий в кинетику преобразования связанной на интерфейсе системы спинов при приложении к ФМ/АФМ структуре магнитного поля было проведено изучение процесса перемагничивания в гетерофазных обменно-смещенных пленках с клиновидным ферромагнитным NiFe слоем, выращенным на однородной антиферромагнитной подложке FeMn. В режиме реального времени с использованием метода МОИП в образце выявлена и изучена асимметрия формирования, движения и взаимодействия с магнитными дефектами структуры единственной 180o-ой макроскопической доменной границы. Установлено, что перемагничивание структуры из основного состояния начиналось на толстом конце клина, где обменное поле анизотропии HEХ минимально, а магнитостатическое поле HMS максимально, тогда как перемагничивание в основное состояние начиналось на тонком конце, где поле HEХ максимально, а поле HMS минимально.

Экспериментально изучены элементарные акты перемагничивания в обменно-связанных двухслойных структурах ФМ/АФМ с основным состоянием, состоящим из полосовых ФМ доменов. Изучены особенности перемагничивания многодоменной обменно-смещенной гетероструктуры, которые являются существенными для понимания обменного смещения. Представлены данные наблюдения явно выраженной асимметрии в зарождении и ориентации доменных стенок в ФМ в процессе перемагничивания. Выявлены АФМ домены, которые ограничены неподвижными доменными стенками, получены доказательства существования гибридных ФМ/АФМ доменных стенок в основном состоянии и свидетельства того, что структура АФМ спинов в обменно-связанной двухслойной структуре ФМ/АФМ при перемагничивании не является статической, вопреки предсказаниям некоторых теоретических моделей. В процессе перемагничивания под действием внешнего магнитного поля происходит смещение лишь ФМ участка гибридной ДГ, тогда как ее АФМ участок остается неподвижным. При этом АФМ спины около интерфейса формируются в обменную пружину, заключенную между движущимся ФМ участком гибридной доменной стенки и неподвижной частью этой стенки в АФМ слое. Обменное смещение петли гистерезиса предполагает закручивание и раскручивание спиновой АФМ пружины в процессе прямого и обратного перемагничивания.

Детали эффекта обменного смещения и увеличения коэрцитивности двухслойных ФМ/АФМ структур (NiFe, CoFe)/Ir-Mn в зависимости от температуры отжига были изучены с помощью магнитометрии, наблюдения доменной структуры и метода рентгеновской дифракции. С помощью метода МОИП показано, процессы преобразования доменной структуры в обменно-связанных ФМ/АФМ двухслойных структурах, связаны, в основном, с изменениями кристаллической структуры межфазной поверхности.

Полученные результаты согласуются с микроскопической моделью обменного смещения, которая предполагает формирование АФМ обменной пружины. Асимметрия элементарных актов перемагничивания происходит за счет локального проникновения обменной пружины в АФМ слой, и ее выхода оттуда, происходящего на различных ветвях петли гистерезиса.

Как и в ФМ/АФМ двухслойных структурах, в тонких гетерофазных структурах, состоящих из обменно-связанных магнитомягкой и магнитожесткой ферромагнитных пленок обменное взаимодействие двух фаз на интерфейсе приводит к нарушению магнитной симметрии, формированию специфической частной петли гистерезиса и обменных спиновых спиралей. Существенное отличие анизотропии и параметра порядка в МЖФ пленке от этих параметров в АФМ пленке обусловливает иной характер ее перемагничивания и, соответственно, влияет на ее свойства. Для выяснения механизма перемагничивания в обменно-связанной структуре ММФ/МЖФ были экспериментально изучены (§3.5) тонкие эпитаксиальные структуры Fe(500A)/SmCo(350A)/Cr(200A), нанесенные на монокристаллические подложки MgO (100) и (110) магнетронным осаждением. В обоих случаях ось легкого намагничивания (ось с для SmСо) лежала в плоскости пленки и наблюдались большие (~30кЭ) значения коэрцитивности пленок SmCo.

Проведенное МО изучение формирования обменной пружины выявило существенное разногласие с теоретическими предсказаниями. Механизм перемагничивания магнитомягкого слоя в ММФ/МЖФ структуре определяется процессом неоднородного закручивания спинов железа в локальных микроскопических областях. Такая неоднородность зависит от величины и направления приложенного поля и не может быть описана простой моделью одномерной однородной обменной спиновой пружины. Эта пружина имеет более сложную структуру, содержит области субмикронного размера с различной хиральностью. Перемагничивание двухслойной пленки во вращающемся поле свидетельствует о некогерентном характере поведения спинов в ММФ слое, когда образец находится в неустойчивом состоянии.

Проведенные МО исследования показали, что перемагничивание гетерофазной Fe/SmCo структуры на первой стадии идет за счет обратимых процессов закручивания спинов в ММФ слое, вне зависимости от того две оси легкого намагничивания или одна реализуется в плоскости образца. Процесс неоднородного вращения локальной намагниченности определяется наведенной на интерфейсе дисперсией осей однонаправленной анизотропии ММФ слоя.

Глава 4. Хиральность формирующейся спиновой пружины и особенности перемагничивания в двухслойных магнитных системах. При анализе поведения реальных слоистых нанокомпозитов необходимо учитывать эквивалентность энергии обменной спиновой пружины относительно направления ее закручивания, которая может приводить к зарождению в кристалле областей с разносторонним вращением спинов в различных локальных участках плёнки. Для полного понимания и теоретического описания этого явления необходим учет реальной структуры этих пружин. Различные несовершенства атомарной структуры слоев и интерфейса могут вызвать разориентацию локальных осей анизотропии и стимулировать разворот спинов в противоположных направлениях в обменно-связанных гетерофазных структурах, обусловить формирование многомерных обменных спиновых пружин, подобных двухмерным доменным стенкам в объемных ферромагнетиках. Границы перехода в квазидвумерной гетерофазной обменной пружине между областями с различной хиральностью в какой-то мере аналогичны хорошо известным болховским линиям в доменных границах, но должны характеризоваться специфичной нетривиальной спиновой структурой, т.к. ограничены не доменами, а поверхностями раздела фаз. Экспериментальное изучение их преобразования под действием внешних магнитных полей является необходимым шагом на пути к адекватному описанию микромеханизмов перемагничивания слоистых магнитных нанокомпозитов.

В §4.1 экспериментально изучены микроскопические механизмы формирования и эволюции обменных спиновых пружин в обменно-смещенной гетерофазной нанокомпозитной ФМ/АФМ поликристаллической структуре Ni81Fe19(160A)/Fe50Mn50(300A) при ее перемагничивании как во вращающемся магнитном поле, так и вдоль оси однонаправленной анизотропии. Установлено, что обменные пружины, реализующиеся в АФМ слое вблизи интерфейса, имеют различную хиральность. При некоторых критических значениях величины и угла ? внешнего магнитного поля происходит изменение хиральности локальных участков образца на противоположную, что приводит к различному отклику намагниченности во вращающемся магнитном поле. Обнаружено, что этот отклик зависит от направления вращения магнитного поля, демонстрируя асимметрию преобразования намагниченности в изучаемых структурах. Из анализа МО измерений следует, что микроскопические неоднородные состояния играют решающую роль в процессе перемагничивания таких поликристаллических ФМ/АФМ структур из основного состояния и обратно, который происходит через различные микроскопические механизмы. Перемагничивание против однонаправленной анизотропии происходит в два этапа. Вначале в ФМ слое формируется неоднородное состояние намагниченности, индуцированное взаимодействующими микроскопическими обменными пружинами с противоположной хиральностью, а затем в образце возникают и распространяются специфические доменные границы, представляющие собой фронт, разделяющий неоднородные области образца и области с монохиральными однородными обменными пружинами. Обнаруженный микромеханизм перемагничивания обусловлен существованием топологических барьеров, отделяющих обменные пружины с противоположной хиральностью. Перемагничивание назад в основное состояние происходит, главным образом, за счет раскручивания монохиральных обменных спиновых пружин, микромеханизм которых может быть описан одномерными моделями.

С целью выяснения условий и механизмов формирования обнаруженных в §3.5 эффектов, а также реализации возможных мод переключения, связанных с зарождением спиновых спиралей различных размерностей, в §4.2 детально исследована зависимость эволюции суммарного магнитного момента в ММФ/МЖФ структуре от угла между внешним полем и направлением поля макроскопической однонаправленной анизотропии при повторяющихся циклах перемагничивания. Образцы, как и в §3.5, представляли собой эпитаксиальные структуры Fe/SmCo/Cr, нанесенную методом магнетронного распыления на монокристаллическую подложку MgO (110). Толщина магнитожесткого слоя составляла 350A, мягкого - 500A, толщина буферного слоя хрома - 200A. Перемагничивание исследуемой двухслойной системы вдоль легкой оси МЖФ пленки Sm2Co7 оказалось двухстадийным, первая стадия связана преимущественно с магнитомягким слоем железа, вторая – с магнитожестким слоем самарий-кобальта. Исследование процессов перемагничивания осуществлялось путем визуализации магнитных полей рассеяния на краяю тестового отверстия с использованием метода МОИП.

В результате было выявлено, что при перемагничивании на начальном этапе происходит уменьшение эффективной величины усредненной по толщине образца намагниченности, затем наблюдаются пространственные флуктуации магнитооптического сигнала, соответствующие неоднородному распределению намагниченности вдоль поверхности образца и, наконец, инверсия направления намагниченности с последующим ростом ее эффективной величины. При этом в слабых полях, на первой стадии перемагничивания, перемагничивание является полностью обратимым, в более высоких полях обратимость утрачивается, намагниченность до своей исходной величины после выключения поля не восстанавливается.

Анализ данных детального экспериментального изучения выявил три моды перемагничивания образца:

1) - неоднородное мелкомасштабное перемагничивание при строго параллельной ориентации поля с возникновением спиновых пружин противоположных хиральностей;

2) - квазиоднородное вращение суммарной намагниченности по механизму спиновой пружины в случае, если магнитное поле отклонено от легкой оси;

3) - однородное вращение намагниченности с образованием когерентной спиновой спирали и макроскопической субдоменной структуры.

Преобладание той или иной моды зависит от угла наклона магнитного поля относительно оси легкого намагничивания. Ориентация поля оказывает чрезвычайно сильное влияние как на величину остаточного угла вращения намагниченности, так и на выбор правой или левой хиральности закрутки спиновой пружины. Наблюдаемая асимметрия закручивания при изменении знака поля, а также при проведении повторных циклов перемагничивания, свидетельствуют о том, что процессы перемагничивания в данной системе в значительной степени определяются моментом начального отклонения намагниченности в магнитомягком слое, которое за счет обменного взаимодействия ММФ и МЖФ спинов на интерфейсе задается доменной структурой, сформированной в магнитожестком слое.

Глава 5. Экспериментальное изучение процессов перемагничивания в многослойных квазидвумерных магнетиках. Магнитные сверхрешетки и спиновые вентили, состоящие из тонких чередующихся ферромагнитных и немагнитных слоев, характер обменного взаимодействия между магнитными слоями которых обусловлен электронами проводимости (RKKI обменное взаимодействие) и осциллирует с изменением толщины немагнитных прослоек от ферромагнитного к антиферромагнитному, характеризуются весьма специфическими петлями гистерезиса, а процессы перемагничивания в них могут быть описаны в терминах ориентационных фазовых превращений первого и второго рода, обусловленных spin-flip и spin-flop процессами. Несмотря на большое число выполненных работ, основанных на измерении в таких искусственно созданных магнетиках макроскопических характеристик намагничивания, по которым анализировали спин-переориентационные фазовые переходы, экспериментальные исследования не были доведены до уровня прямого изучения в режиме реального времени кинетики их протекания, типа возникающих фаз, процессов зарождения и смещения доменных границ, а также вращения магнитных моментов в слоях.

Кроме того, такие наноструктурные материалы демонстрируют эффект гигантского магнитосопротивления, и интенсивно исследуются благодаря их потенциальным применениям. Для того чтобы полнее реализовать их потенциал и добиться более высоких значений эффекта ГМС, необходимо решить ряд фундаментальных проблем преобразования намагниченности в таких материалах.

В§5.1 исследованы два типа многослойных тонкопленочных гетерофазных пленок [Co64Ni31Cu5(20A)/Cu(tCu)]200 и [Co(16A)/Cu(tCu)]200, выращенных методом электроосаждения на монокристаллических подложках Cu и Si, соответственно. Прямое экспериментальное изучение процессов их перемагничивания позволило впервые проследить за относительной ориентацией спинов в подрешетках как ферромагнитной, так и антиферромагнитной сверхрешеток. Представленные результаты показали, что процессы преобразования намагниченности в этих двух типах сверхрешеток отличаются кардинальным образом. С помощью анализа доменных структур, визуализированных методом МОИП, и данных векторного вибромагнетометра в магнитных сверхрешетках CoNiCu/Cu с антиферромагнитным типом межслоевого обменного взаимодействия были выявлены и изучены спин-переориентационные фазовые переходы и последовательная эволюция распределения намагниченности в изменяющемся магнитном поле. Показано, что в зависимости от величины и направления поля различные коллинеарные, скошенные симметричные и несимметричные фазы могут реализовываться неоднородным спин-флоп процессом благодаря зарождению и смещению специфических межфазных стенок, структура которых существенным образом отличается от классических ферромагнитных доменных границ. В случаях, когда толщина немагнитной прослойки Cu отвечает ферромагнитному межслоевому обменному взаимодействию, намагниченности в смежных слоях ориентируются параллельно и определяющую роль в процессе перемагничивания таких сверхрешеток играют доменные стенки типа head-to-head и tail-to-tail. Тонкая структура МО изображений таких ДГ выявляет их расщепление по индивидуальным слоям или по группам слоев. В таких гетерофазных тонкопленочных сверхрешетках с ферромагнитным обменным взаимодействием между слоями процессы перемагничивания аналогичны процессам перемагничивания в совокупности тонких монокристаллических пленок и не приводят к появлению эффекта гигантского магнитосопротивления.

В сверхрешетках Co/Cu была исследована корреляция между величиной ГМС и микромеханизмами их перемагничивания для различных толщин медных прослоек. Сверхрешетки с исчезающим ГМС показывают кооперативное поведение спинов, которое подобно тому, которое проявляется в тонких ферромагнитных пленках с плоскостной двухосной анизотропией. Напротив, сверхрешетки с существенным ГМС демонстрируют частично связанные спиновые неколлинеарные конфигурации, которые и ответственны за наблюдаемое явление.

В §5.2 представлены результаты экспериментального изучения элементарных актов перемагничивания и обусловленного ими эффекта ГМС в спиновых вентилях, состоящих из тонких ферромагнитных пленок разделенных немагнитной металлической прослойкой. В таких структурах один FM слой свободно перемагничивается внешним магнитным полем, а связанные с ним RKKI-обменным взаимодействием один или два соседних ФМ слоя закреплены межслоевым обменным взаимодействием с AFM слоем или слоями. Закрепленные слои имели смещенные на величину поля однонаправленной анизотропии и уширенные петли гистерезиса. Были экспериментально изучены структуры с различающихся как ФМ слоями (Со и NiFe), так и закрепляющими АФМ слоями (диэлектрическим NiO и проводящим IrMn).

Перемагничивание спин-вентильной структуры (СВС) как с симметричным, так и с несимметричным расположением закрепленных ФМ слоев, происходит в два этапа, на первом из которых процесс перемагничивания характеризуется зарождением в свободном слое микродоменов (5(20)мкм и движением их стенок. На втором этапе происходило перемагничивание закрепленного слоя (или слоев), как правило, за счет неоднородного вращения намагниченности или зарождения и расширения большого числа доменов нанометрового размера. Из наблюдений доменный структуры в отдельных ФМ слоях, нанесенных на антиферромагнетик непосредственно или через немагнитную медную прослойку, установлено, что размер доменов увеличивается с толщиной слоя и уменьшается при его закреплении обменным взаимодействием с АФМ слоем. Порядок нанесения ФМ и АФМ слоев спин-вентильных структур, тип материала из которого они состоят и термообработка в значительной степени влияют на распределение намагниченности в ФМ слоях и характер их перемагничивания, что обусловливает существенное изменение эффекта ГМС. Особенно стоит выделить зависимости магнитосопротивления и характеристик доменных структур спиновых вентилей от температуры отжига TANN. Увеличение TANN выше 260оС приводило к заметным изменениям доменной структуры и, как следствие, к резкому уменьшению величины ГМС. При этом Co–СВС, в которых доменная структура лишь уменьшалась в размерах, оказались более устойчивы к высоким температурам, по сравнению с образцоми NiFe–СВС. В NiFe–СВС с помощью визуализации доменной структуры обнаружено, что увеличение температуры отжига ведет к изменениям обменной связи между двумя ферромагнитными слоями. Выявлено, что после отжига при температуре, превышающей критическую величину (здесь 360оС) в спиновом вентиле с изначально ферромагнитной обменной связью между ФМ слоями появились участки с антиферромагнитной обменной связью, что обусловлено изменением параметров немагнитной медной прослойки в результате взаимной диффузии составляющих слои СВС атомов Mn, Ni и Сu.

В §5.3 изучены элементарные акты процесса перемагничивания нового класса нанокомпозитных многослойных материалов – синтетических антиферромагнетиков с магнитостатическим закреплением одного из ФМ слоев за счет формирования полосового рельефа на подложке. В результате изучения магнитной структуры и характера перемагничивания трехслойных нанокомпозитных систем Co/Ru/Co с осью легкого намагничивания, наведенной наклонно напыленным подслоем Та, показано, что взаимное распределение MFREE и MPIN и их характеристики перемагничивания зависят от величины рельефа подложки и толщины немагнитной прослойки между ФМ слоями. Обнаружено, что с увеличением толщины наклонно напыленного подслоя Та и уменьшением толщины прослойки Ru обменное межслоевое взаимодействие между ФМ слоями меняется от антиферромагнитного к ферромагнитному через формирование состояния со скошенными магнитными фазами в промежуточной области. Процесс перемагничивания САФ протекает за счет неоднородного spin-flip процесса через формирование и движение скоррелированных в ФМ слоях 180о-градусных доменных границ или аномальных мало подвижных не-180о-х границ. В этом состоянии доменная структура и ее преобразование во внешнем магнитном поле обусловлены плотностью пинхолов в прослойке Ru.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведено прямое экспериментальное изучение элементарных актов перемагничивания монополярных уединенных 180-градусных доменных границ в монокристаллах иттриево-железистого граната. Впервые получены прямые экспериментальные доказательства существования различных режимов движения доменной границы, контролируемых формированием в ней элементарных или нелинейных возбуждений намагниченности. Показано, что при смене режимов в процессе увеличения амплитуды внешнего поля происходит резкое (более чем на порядок) изменение подвижности стенки.

2. Впервые осуществлено прямое экспериментальное исследование закономерностей динамического преобразования ДГ, обусловленного по мере увеличения уровня внешней накачки нелинейными процессами ее взаимодействия: а) с локальной потенциальной ямой, формируемой в месте расположения ДГ динамическими дефектами, ответственными за эффект магнитного последействия, при этом получены данные об эффективной глубине ямы, ее размере и характерных временах формирования и рассасывания как в режиме осцилляций ДГ, так и при ее трансляционном смещении; б) с пристеночными магнонами, проявляющимися в виде изгибных мод колебаний ДГ, измерение характеристик и анализ которых позволили впервые экспериментально доказать невзаимность их спектра и оценить среднюю фазовую скорость пристеночных спиновых волн и параметр затухания спинов осциллирующей блоховской стенки, которые хорошо согласовывались с расчетными данными; в) с уединенными нелинейными возбуждениями, инициирующими переход ДГ в хаотический режим колебаний и играющими решающую роль в кардинальном уменьшении подвижности ДГ в высоких полях, при этом установлено, что их зарождение носит пороговый характер от амплитуды и резонансный от частоты внешнего магнитного поля.

3. Установлено, что увеличение внешней накачки ведет к расширению спектра и увеличению плотности пристеночных магнонов, формированию уединенных нелинейных волн - динамических солитонов и их распаду на пары блоховских линий - топологических солитонов. Измерены динамические параметры 180-градусных доменных границ, блоховских линий и блоховских точек и проведено прямое экспериментальное изучение их взаимного влияния при приложении к кристаллу магнитных полей. Показано, что эффективная масса и коэффициент вязкого трения БЛ, вычисленные на основе экспериментальных данных для поляризованных БЛ, согласуются с теоретическими оценками. Обнаружена зависимость скорости и направления дрейфа БЛ, происходящего в закритическом синусоидальном поле, от величины и полярности поляризующего БЛ поля. Впервые измерен спектр колебаний блоховской точки вдоль блоховской линии в монокристалле иттриевого феррограната. Установлено, что он имеет релаксационный характер. Показано, что рассчитанная по экспериментальным данным величина подвижности точки на 2 ( 3 порядка меньше значений подвижностей линии и границы.

4. Развит метод магнитооптической индикаторной пленки, позволяющий в режиме реального времени получать информацию о доменной структуре нанокомпозитных многослойных магнитных материалов и элементарных актах их перемагничивания, впервые выполнено прямое экспериментальное изучение преобразования доменной структуры в обменно-связанных гетерофазных тонкопленочных наномагнетиках.

5. Показано, что за перемагничивание эпитаксиальных тонкопленочных обменно-связанных гетерофазных структур ответственны процессы формирования вблизи межфазной границы обменных спиновых пружин, локализованных в АФМ слое в случае ФМ/АФМ структур в магнитомягком ФМ слое в случае ММФ/МЖФ структур. Обнаружено новое явление асимметрии активности центров зарождения доменов в эпитаксиальных двухслойных структурах ФМ/АФМ при их перемагничивании, развита модель обменного смещения петли гистерезиса, показано, что наблюдаемая асимметрия несовместима со статической структурой АФМ спинов и указывает на присутствие в ней гибридной ДГ, состоящей из ФМ и АФМ участков.

6. Впервые в двухслойных гетерофазных нанокомпозитных ФМ/АФМ и ММФ/МЖФ структурах экспериментально изучены элементарные акты перемагничивания, обусловленные преобразованием специфических квазидвумерных обменных пружин. Установлено, что в обоих случаях реализуются механизмы неоднородного перемагничивания, характеризующиеся зарождением и эволюцией спиновых пружин разной хиральности, что обусловлено исходной разориентацией намагниченности магнитомягкого слоя, задаваемой дисперсией осей однонаправленной анизотропии на межфазной поверхности, играющей решающую роль в формировании основного состояния нанокомпозитов и физических механизмов, определяющих нелинейные процессы преобразования их доменной структуры. Обнаружены новые моды перемагничивания таких обменно-связанных структур. Полученные сведения открывают возможность прямого экспериментального изучения динамических свойств комбинированных магнитных сред с кардинально различающимися гистерезисными свойствами или (и) спиновым упорядочением и развития методов целенаправленного изменения распределения намагниченности на межфазной поверхности для создания материалов с заданными свойствами.

7. С использованием прямого МО наблюдения изучены неоднородные процессы перемагничивания в магнитных сверхрешетках и трехслойных структурах - спиновых вентилях и синтетических антиферромагнетиках. Установлено, что тип и величина межслоевого обменного взаимодействия обусловливают различия в структуре и свойствах кооперативных доменных границ, которые играют определяющую роль в процессе перемагничивания. В структурах с антиферромагнитным межслоевым обменным взаимодействием обнаружены спин-переориентационные фазовые переходы, при которых за счет неоднородных спин-флоп процессов происходит зарождение и смещение межфазных стенок, структура которых существенно отличается от классических ферромагнитных доменных границ. Установлено, что в них реализуются различные коллинеарные и неколлинеарные спиновые конфигурации, ответственные за величину эффекта гигантского магнитосопротивления, определяемого микромеханизмом перемагничивания слоистых структур. Впервые показано, что отжиг и пинхолы влияют на тип и величину межслоевой обменной связи, что приводит в определенных условиях к кардинальным изменения в микромеханизме перемагничивания, влияющем на магнитные и магнитотранспортные свойства таких слоистых структур.

В заключение следует отметить, что разработанные методы прямого экспериментального изучения магнитной структуры и ее преобразования в квазидвумерных системах спинов, локализованных в доменных границах или в нанокомпозитных гетерофазных слоистых структурах, позволили довести исследование магнитных свойств до уровня отдельной блоховской точки в объемных магнетиках и доменной границы в супертонких магнитных пленках в режиме реального времени. Полученные в диссертационной работе результаты позволили провести проверку основных положений теории и выявить целый ряд не предсказывавшихся ранее явлений. Эти результаты могут иметь значение для решения не только фундаментальных задач по исследованию сугубо нелинейных процессов движения намагниченности в магнитоупорядоченных средах, но и практических. Развитая методика исследования динамического преобразования доменной структуры и полученные с ее помощью результаты о структуре и эволюции намагниченности в двумерных спиновых системах могут найти применение в процессе разработки новых элементов вычислительной техники и спинтроники. Таким образом, выбранное направление исследований представляется перспективным и можно надеяться, что дальнейшее его развитие позволит получить еще много новых важных данных, необходимых для построения строгой теории как основного, так и возбужденного состояний ферромагнетиков и нового класса материалов – нанокомпозитных магнетиков.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Горнаков В.С., Дедух Л.М., Никитенко В.И., Сыногач В.Т. Исследование зависимости динамических свойств доменных границ в иттриевом ферро-гранате от состояния их структуры. ЖЭТФ, 1986, т.90, №6, с.2090-2103.

Nikitenko V.I., Dedukh L.M., Gornakov V.S., Synogach V.T., Topological and dynamic solitons in yttrium iron garnet, in: Proceedings of the Third International Conference on Physics of Magnetic Materials. -Singapore: World scientific, 1987, p.122-140.

Nikitenko V.I., Dedukh L.M., Gornakov V.S., Synogach V.T., Magneto-optical study of Bloch lines and dyna????????????????????????????????????????????????????????????›??????? ??????????

загрузка...