Файл: Сухвало, С. В. Структура и свойства магнитных пленок железо-никель-кобальтовых сплавов.pdf

Количественные расчеты, полученные из теории однород­ ного вращения, как п в случае статического перемагничивания, не дают удовлетворительного согласия с эксперименталь­ ными измерениями. В реальной пленке когерентное вращение существенно нарушается процессами смещения границ и неод­ нородным вращением векторов намагниченности. Механизм и скорость перемагничиванпя пленки зависят от ее структуры и от напряженности результирующего магнитного поля, в об­ щем случае произвольно ориентированного относительно на­ правления оси легкого намагничивания.

Фундаментальные теоретические и экспериментальные ис­ следования процессов импульсного перемагничиванпя пермаллоевых пленок, механизмов некогерентного вращения век­ торов намагниченности и условии его перехода к однородному вращению проведены Р. В. Телесниным с сотрудниками

[464-470].

В связи с необходимостью практического использования пленок в маломощных устройствах, где намагничивающие поля не превышают напряженности поля анизотропии, приоб­ ретают актуальность процессы перемагничиванпя путем сме­ щения доменных границ. Решение подобных вопросов целе­ сообразно осуществить на основе статистической модели, рассматривающей перемагиичивание как одну из разновидно­ стей процесса фазовых превращений. Подобная модель была предложена в работах [471—474] для перемагничиванпя фер­ ритов, а затем получила дальнейшее развитие при анализе перемагничиванпя пленок [299, 475—477]. Анализ основан на статистическом рассмотрении процессов возникновения и рос­ та центров перемагнпчиваиия с учетом мерности роста до­ менов.

Микроскопическое изучение явлений перемапшчиваиия тонких пленок свидетельствует о сходстве этих процессов с кристаллизационными процессами. Действительно, в некото­ ром интервале полей суммарный процесс перемагничиванпя пленок во времени в изотермических условиях при постоянст­ ве приложенного внешнего поля состоит из процессов возник­ новения зародышей перемагничиванпя, имеющих флуктуационный характер, и роста благоприятно ориентированных доменов по аналогии с ростом кристаллов при наличии пересы­ щения. Перемагиичивание пленки, согласно применяемой мо­ дели, можно рассматривать как фазовый переход из метастабильного состояния (с намагниченностью, направленной про­ тив поля) в состояние, соответствующее новому положению равновесия (с намагниченностью, направленной вдоль поля). Зародыши перемагнпчиваиия можно считать зародышами но­ вой, стабильной фазы. В таком случае изменение магнитной индукции во времени может быть выражено соотношением,

3 0 0

выведенным для описания кинетики процесса изотермического фазового превращения с учетом мерности растущей фазы

[471—473], т. е.

Шm — 1

где соз — скорость образования центров перемагничнвания; Ks — коэффициент формы растущих доменов; vc — линейная скорость смещения доменной стенки под действием перемагннчивающего импульса.

Величина m определяет мерность роста доменов. Для трех­ мерного изотермического роста т = 4, для двумерного т = 3, для одномерного т = 2. Рост доменов в пленках малых толщин представляет собой типичный случай двумерного роста доме­ нов, поэтому в таких случаях т = 3. Следовательно, выраже­ ние (10.7) в применении к тонким пленкам принимает вид

Величина AB/(Br+ B m) —j показывает относительное изме­ нение индукции к некоторому моменту времени т:

Таким образом, соотношение (10.9) показывает, что между lg х и lg [—1п (1—/)] существует линейная связь при усло­ вии, что IgA не зависит от времени. Этот вывод подтверждает­ ся экспериментальными данными, полученными при изучении параметров импульсного перемагничнвания железо-никель- кобальтовых пленок.

301

По углу наклона прямых lg t = /(lg [—1п (1—/)]) можно определить величину т, т. е. мерность роста доменов. Отрезок, отсекаемый прямыми на оси ординат, позволяет определить коэффициент формы доменов Ks-

Результаты эксперимента показывают, что при увеличении напряженности перемагничивающего поля мерность роста до­ менов изменяется незначительно, а именно с увеличением ам­ плитуды перемагничивающих импульсов мерность роста уменьшается от 4,0 до 3,0. Таким образом, в полях, близких к Нк, домены в пленках растут в виде сквозных полос (т = 3). Расчеты показывают, что в пленках с большой константой магнитострикции и кристаллографической анизотропии рост доменов в низких полях не является двумерным и доменная структура этих пленок не сквозная, т.е. в начальный период домены растут в объеме ( т = 4), а в дальнейшем происходит их рост в плоскости {т—3).

Значения коэффициентов т и lg/e пленок состава 20% Fe — 80% Ni при импульсном перемагиичивании следую­

Н = 2,3 э — соответственно 4 и 6,5, 9э — 3 и 9,3, 12,5 э — 3 и "9,9, 18 э — 3 и 10,4.

Таким образом, изучение формы выходного импульса пле­ нок в направлении оси легкого намагничивания представляет существенный интерес как один из методов исследования ки­ нетики перемагничивания пленок и, в частности, определения характера их доменной структуры в импульсных перемагничи­ вающих полях. Анализ выходных импульсов с помощью соот­ ношения (10.9) позволяет получить сведения о начальной фор­ ме зародышей перемагничивания, об изменении формы готовых зародышей перемагничивания при увеличении напря­ женности перемагничивающего поля и др.

Используя уравнение (10.6), определим время перемагничива­ ния т, соответствующее изменению магнитного состояния пленки от — Вг до {Вг -\-Вт)/2. Проинтегрируем выражение (10.6):

После интегрирования и логарифмирования получим

( 10. 10)

где а = Вг/Вт.

3 02

С учетом (10.8) выражение (10.10) принимает следующий вид:

где М — коэффициент.

Полученное соотношение описывает физическую сторону кинетики процессов перемагничивания тонких пленок и скоро­ сти протекания этих процессов в определенном интервале маг­ нитных полей. Оно оказывается полезным при анализе кривых 1/т=f(H). Отметим, что уравнение таких кривых получается путем нахождения связи между скоростью возникновения и роста зародышей перемагничивания и напряженностью на­ магничивающего поля.

Наиболее характерные кривые обратного времени пере­ магничивания в функции поля ряда железо-никель-кобальто- вых пленок показаны на рис. 117. У трехкомпонентных пленок по мере увеличения содержания кобальта кривая 1/т=f (H) постепенно изменяет свою форму. При этом для пленок, полу­ ченных в сильных ориентирующих полях, можно указать две

303