Известия РАН. Серия физическая, 2021, T. 85, № 11, стр. 1559-1563

ВВЕДЕНИЕ

Магнитные свойства ферромагнитных и ферримагнитных материалов существенно зависят от вида доменной структуры, образующейся в этих материалах [1]. Исследование различных типов доменов и механизмов их образования проводится уже на протяжении сотни лет и, несмотря на значительные достижения в этой области [1, 2], не потеряли актуальность и в настоящее время [3–6]. В данной работе проведено экспериментальное исследование влияния двухосной анизотропии на доменную структуру в пленках ферритов-гранатов состава (YLuBi)₃(FeGa)₅O₁₂ при наличии в них плоскостной анизотропии. Исследование таких пленочных материалов проводилось и ранее. В частности, в работе [7] в таких пленочных материалах были обнаружены замыкающие магнитные домены Ландау–Лифщица [8]. В этой работе проведено более тщательное исследование стационарной доменной структуры при наличии внешнего магнитного поля ${{\vec {H}}_{0}}$ и обнаружены новые особенности доменной организации и наличие иных типов доменов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Измерения проводились в рамках стандартной методики магнитооптических измерений с помощью поляризационного магнитооптического микроскопа, схема которого представлена на рис. 1.

Рис. 1.

Схема магнитооптической установки.

В качестве источника света используется светодиод белого свечения. Предметный столик можно перемещать во взаимно перпендикулярных направлениях и регулировать его наклон. Так как пленка имеет плоскостную анизотропию и вектор намагниченности выходит из плоскости пленки не более чем на 5°, а наблюдение эффекта Фарадея требует, чтобы свет распространялся параллельно намагниченности, требуется устанавливать пленку под некоторым углом, чтобы появилась необходимая компонента вектора намагниченности. Изображение регистрировалось с помощью камеры Eakins. Магнитная пленка устанавливалась так, чтобы какая-либо из ее легких осей была параллельна оси малых катушек.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Магнитооптические исследования проводились в пленке ферритов-гранатов состава (YLuBi)₃(FeGa)₅O₁₂ с эффективным полем плоскостной анизотропии H_кp = 1100 Э и намагниченностью насыщения M_S = 14 Гс. В плоскости пленки имелась двухосная анизотропия с эффективным полем H_K2 = 36 Э и одноосная анизотропия с эффективным полем H_K1 = 4 Э. Толщина пленки h = 4 мкм. Техническое насыщение пленки происходило в полях порядка H_sat = 2 Э. Пленка имела форму неправильного четырехугольника со средними поперечными размерами ≈1 см.

В результате проведенных экспериментальных исследований в пленке были обнаружены различные доменные структуры. На рис. 2а представлена типичная доменная структура Ландау–Лифшица [8], состоящая из замыкающих доменов, которая для аналогичных пленочных материалов впервые зафиксирована в работе [7]. Стрелки показывают направления векторов намагниченности в замыкающих доменах. Доменные границы состоят из двух 90° и одной 180° доменных стенок.

Рис. 2.

Структура замыкающих доменов (стрелками обозначено направление векторов намагниченности в доменах) (а). Ленточная доменная структура с изломами, поле направлено вдоль вертикальной стороны рисунка: 0.08 (б), 0.32 Э (в).

Отметим, что в отличие от классического случая, такие домены в рассматриваемом материале образуются не только вблизи границы пленки, но и вдали от границ. Это обусловлено наличием двухосной анизотропии, которая в данной пленке была, в частности, выявлена в экспериментах по скоростному динамическому намагничиванию [9, 10]. Фиксация таких доменов позволяет определять в пленке направление осей легкого намагничивания двухосной анизотропии.

На рис. 2б и 2в показана ленточная доменная структура при наличии разного внешнего поля: 0.08 и 0.32 Э (направленного вдоль вертикальной стороны рисунка). Стрелками указано направление векторов намагниченности в доменах. Доменные границы этой структуры в основном состоят из 90° доменных стенок. Имеются небольшие участки 180° стенок.

При увеличении внешнего поля от 0.08 до 0.32 Э происходит сужение ленточной структуру и расширение областей с энергетически выгодной ориентацией вектора намагниченности $\vec {M}$ вдоль внешнего магнитного поля. Намагничивание происходит за счет движения доменных границ и является практически обратимым.

На рис. 3а показано изменение доменной структуры при возрастании внешнего магнитного поля от 0 до 0.9 Э (направленного вдоль горизонтальной стороны рисунка). Видно, что при внешнем магнитном поле 0.9 Э участок пленки практически однородно намагничивается в горизонтальном направлении посредством движения доменных границ.

Рис. 3.

Доменная структура при наличии внешнего магнитного поля с напряженностью 0, 0.3, 0.67 и 0.9 Э, направленного вдоль горизонтальной стороны рисунка (изображения слева направо и сверху вниз) (а). Доменная структура вблизи царапины шириной 100 мкм (б). Клиновидная доменная структура (в).

На рис. 3б представлена доменная структура вблизи царапины шириной порядка 100 мкм, которая в основном состоит из замыкающих доменов в полном соответствии с теорией Ландау–Лифшица [8]. В глубине пленки видна широкая полосовая доменная структура со 180° доменной стенкой.

На рис. 3в видны клиновидные домены, которые прорастают из замыкающих доменов при перемагничивании небольшим магнитным полем порядка 0.1 Э (направленного вдоль вертикальной стороны рисунка). Доменные границы клиновидных доменов состоят из 90° доменных стенок. Таким образом, в исследуемых пленках в слабых внешних полях возможны два механизма намагничивания пленок: посредством движения доменных границ и посредством прорастания клиновидных доменов из замыкающих доменов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований были выявлены особенности доменной самоорганизации в пленках ферритов-гранатов с плоскостной анизотропией и двухосной анизотропией в плоскости. Показано, что в таких материалах могут возникать полосовые доменные структуры со 180° доменными стенками, ленточные домены преимущественно с 90° доменными стенками, замыкающие домены Ландау–Лифшица и клиновидные домены с 90° доменными стенками. Установлено два механизма намагничивания пленок слабыми магнитными полями порядка 1 Э: посредством движения 90° и 180° доменных границ и прорастанием клиновидных доменов из замыкающих доменов.