Материал: Физика тонких пленок. Современное состояние исследований и технические применения. Т. 6
торых преимущественных положениях. Таким образом, коэрци тивная сила значительно увеличится. Если стенка перпендику лярна полосам, то отсутствует особое благоприятное направле ние и коэрцитивная сила практически не изменится.
Подобным же образом [98], если нормальная пленка изотропна, то в ней будет наведена эффективная одноосная ани зотропия с осью легкого намагничивания, параллельной полос ковым доменам. В работе [98] было высказано предположение,
Фиг. 14. Структура из пленки с полосовыми доменами и одноосной пленкой [97].
Ось легкого намагничивания одноосной пленки параллельна полосам.
что в этом случае в пленке магнитостатическая энергия будет уменьшаться за счет образования пульсаций намагниченности; когда же намагниченность перпендикулярна полосовым доме нам, такая ситуация невозможна. В пользу данной гипотезы го ворит наблюдение Ло [99]: в структуре из пленки с полосовыми доменами и пермаллоевой пленки с осью легкого намагничива ния, параллельной направлению полос, угловая дисперсия на магниченности возрастала. Пороговое поле сползания домен ных стенок также увеличивалось, что, по-видимому, в настоя щее время еще не нашло объяснения.
4. м а г н и т о с т а т и ч е с к а я с в я з ь д о м е н н ы х с т е н о к
В добавление к различным типам магнитостатических взаи модействий между слоями, обсужденным в предыдущих разде лах, можно также наблюдать магнитостатические взаимодей ствия между границами доменов в рассматриваемых пленках.
Доменной стенке всегда отвечает связанная с ней плотность магнитных полюсов. Соответственно существует поле рассеяния, которое вызывает силу, действующую на другую стейку в той же пленке или в многослойной структуре в прилегающей пленке. В результате происходят изменения в структуре и энергии доменных стенок и возникает эффективное притяжение или оттал кивание между двумя стенками в прилегающих пленках. Изме нение энергии различных структур делает возможным наблю дение в многослойных системах доменных конфигураций, которые не могут существовать в независимых пленках. Далее, комбинация изменения энергии и эффективного притяжения или отталкивания может резко влиять на такие характеристики, как коэрцитивная сила и подвижность доменных стенок. Эти общие соображения впервые были высказаны Фуллером и сотр. [100, 101] в 1962 г. и весьма скоро подтверждены наблюдениями методом лоренцевской микроскопии [102— 104] (изображение) магнитной структуры в электронном микроскопе [105, 106]. С тех пор эта область исследований быстро развилась.
Мы начнем с рассмотрения структуры и энергии различных конфигураций стенок. В этой области возникает много удиви тельных эффектов. После обсуждения теоретических предполо жений о возможных структурах в многослойных пленочных си стемах будут рассмотрены результаты экспериментальных на блюдений структур стенок. Затем дается анализ состояния теоретического описания реальных структур и объясняется, по чему такие структуры образуются.
а. Структура и энергия стенок. Структура и энергия домен ных стенок в однослойных ферромагнитных пленках широко изучены и, по крайней мере в основном, удовлетворительно по няты [69, 107]1). Полная энергия стенки состоит из суммы об менной энергии, энергии анизотропии и магнитостатической энергии. Конфигурация спинов в стенке определяется миниму мом этой полной энергии. Было найдено, что в очень толстых пленках, как и в массивном веществе, благоприятной конфигу рацией является блоховская стенка, в которой ось вращения спинов нормальна к направлению намагниченности домена и к плоскости стенки. В очень тонких пленках должна реализовать ся стенка Нееля, у которой ось вращения спинов перпендику лярна направлениям намагниченности доменов, но лежит в пло скости стенки. Схематические изображения этих двух структур стенок показаны на фиг. 15.
Для промежуточной области толщин предпочтительной кон фигурацией является стенка с поперечными узлами, состоящая из сегментов неелевских стенок разного знака, разделенных
1) См. также ссылки [1—6] в статье Мидделхука [6].
\ |
/ |
Толщина
стенки
7 т
Стенка Нееля
Фиг. 15. Схематические изображения стенки Блоха и стенки Нееля в независимых пленках [107].
Фиг. 16 (данные [108]).
а —пара стенок Нееля, разделяющая параллельные домены; |
б —пара стенок, разделяю |
|
щая антнпараллельные домены; в — пара |
стенка - квазистенка, |
D —толщина ферромагнит |
ного слоя; Ь —толщина промежуточного |
слоя. |
|
блоховскими линиями. В многослойных пленках возможность замыкания потока от одного слоя к другому значительно видо изменяет эту ситуацию.
Анализ фиг. 15 показывает, что эффективная намагничен ность стенки Блоха перпендикулярна плоскости пленки, а у стенки Нееля лежит в плоскости пленки. Это означает, что две наложенные друг на друга стенки Нееля противоположной по лярности могут давать конфигурацию с почти замкнутым по током. В многослойной системе этот эффект понижает энергию пары стенок Нееля по сравнению с парой стенок Блоха и де лает их более выгодной структурой.
Размагниченная конфигурация из стенок Нееля может осу ществляться тремя различными способами, показанными на фиг. 16 [108]. На фиг. 16, а изображена пара стенок, разделяю щих домены в каждой пленке, причем домены в пленках парал лельны. Такую конфигурацию можно ожидать в пленочной структуре с положительной связью. На фиг. 16,6 представлены стенки, разделяющие антипараллельные домены; подобную си туацию можно ожидать в структуре с отрицательной связью. И наконец, фиг. 16,0 отражает случай, когда стенка в одной пленке, отделяющая два домена, привела к образованию ква зистенки во второй пленке. Хотя эта квазистенка разделяет две области с параллельными намагниченностями, данная конфи гурация тем не менее выгодна из-за уменьшения магнитоста тической энергии всей системы. По-видимому, все три конфигу рации удалось наблюдать экспериментально, при некоторых условиях [6, 92, 104, 109, ПО].
Если предположить, что стенка и квазистенка имеют одина ковые конфигурации спинов, и игнорировать эффекты связи во всей структуре, то все три стенки, представленные на фиг. 16, должны иметь одинаковую структуру и энергию. Первое из этих предположений весьма сомнительно. Неэквивалентность стенки и квазистенки демонстрируется тем фактом, что стенка дает 'порошковую картину, а квазистенка не дает [6, ПО]. Это об- ■стоятельство иллюстрируется фиг. 17, на которой видны сег менты стенки, а квазистенка не видна.
Если бы поток полностью замыкался между стенкой и квазистенкой, никакой порошковой картины не существовало бы. Если бы плотность полюсов на обеих стенках была одинаковой :и существовал бы поток, не замыкающийся между ними, то
.должны были образоваться одинаковые порошковые фигуры. То обстоятельство, что на фиг. 17 порошковая фигура над квази стенкой не видна, а над стенкой видна, означает, что на ней ллотность полюсов выше, чем на стенке, и что практически весь лоток от квазистенки замыкается стенкой.
