Исследование динамики перемагничивания в прозрачных ферромагнетиках методами высокоскоростной фотографии на основе эффекта Фарадея.

Список сокращений 6
Введение 7
Глава I. Методы исследования динамики перемагничивания 24
1.1 Введение 24
1.2 Методы высокоскоростной фотографии на основе эффекта Фарадея 28
1.2.1 Метод двухкратной фотографии 28
1.2.2 Метод трехкратной фотографии 31
1.3 Метод накачка-зондирование 33
1.4 Объединение двукратной фотографии и метода накачка-зондирование 40
1.5 Дополнительные условия экспериментов 44
1.5.1 Стабилизация начального положения единственной доменной границы 44
1.5.2 Управление динамикой доменной границы 46
1.5.2.1 Влияние длительности переднего фронта импульсного магнитного поля на динамику доменных границ. 54
1.6 Итоги Главы I 61
Глава II. Динамика доменных границ в пленках ферритов-гранатов в присутствии постоянного магнитного поля, направленного перпендикулярно плоскости доменной границы 64
2.1 Введение 64
2.2 Экспериментальное исследование динамики доменных границ в пленках ферритов-гранатов в присутствии постоянного плоскостного магнитного поля 67
2.3 Обсуждение результатов 78
2.3.1 Существование области насыщения скорости на зависимости v(hz?), движение доменной границы со сверхзвуковыми скоростями и появление диффузной границы 78
2.3.2 Линейная зависимость скорости насыщения от величины постоянного магнитного поля, направленного перпендикулярно плоскости доменной границы 81
2.3.3 Зависимость подвижности доменной границы от величины постоянного магнитного поля, направленного перпендикулярно плоскости доменной границы 82
2.4 Итоги Главы II 86
Глава III. Оптическое перемагничивание ферритов-гранатов в присутствии постоянного магнитного поля, направленного перпендикулярно плоскости доменной границы. 88
3.1 Сценарий прецессионного переключения намагниченности с тепловым сопровождением в Bi содержащем феррите-гранате 88
3.2 Экспериментальное исследование прецессионного переключения намагниченности 92
3.2.1 Переключение намагниченности 94
3.2.2 Аномальное затухание прецессии намагниченности 97
3.3 Обсуждение результатов 100
3.4 Итоги Главы III 105
Глава IV. Торможение доменной границы феррита-граната с помощью коротких оптических импульсов 106
4.1 Эксперимент 106
4.1.1 Влияние возбуждающего оптического импульса на динамическую доменную границу 109
4.1.2 Динамика доменной границы при однородном нагревании 114
4.1.3 Оптическое перемагничивание в ферритах-гранатах 118
4.2 Обсуждение результатов 123
4.3 Итоги Главы IV 131
Глава V. Динамика доменных границ в аморфном ферримагнетике CdFeCo 132
5.1 Введение 132
5.2 Свойства аморфного ферримагнетика GdFeCo 133
5.3 Эксперимент 136
5.4 Обсуждение результатов 144
5.5 Итоги Главы V 149
Глава VI. Динамика антиферромагнитных вихрей в движущихся доменных границах ортоферрита иттрия 150
6.1 Введение 150
6.2 Магнитооптические свойства ортоферритов. 152
6.3 Динамика доменных границ в ортоферрите иттрия при комнатной температуре 158
6.4 Исследование динамики антиферромагнитных вихрей методом двух и трехкратной высокоскоростной фотографии 163
6.5 Сравнение экспериментальных данных по динамике антиферромагнитных вихрей с результатами теоретического моделирования. 173
6.6 Аппроксимация экспериментальных данных по динамике антиферромагнитных вихрей. 177
6.6.1 Постановка задачи. 177
6.6.2 Использование аппроксимирующих функций, содержащих один подгоночный параметр 180
6.6.3 Использование аппроксимирующей функции, содержащей два подгоночных параметра 185
6.7 Взаимодействие уединенной волны, движущейся вдоль части доменной границы, скорость которой превышает скорость звука, с другой частью границы, которая движется со звуковой скоростью. 189
6.8 Итоги Главы VI 194
Глава VII. Использование дифракции видимого света для увеличения пространственного разрешения при исследовании динамики доменных границ в прозрачных ферромагнетиках. 197
7.1 Введение 197
7.2 Дифракция света на лабиринтной доменной структуре 200
7.3 Экспериментальная методика исследования динамики доменных границ с высоким пространственным и временным разрешением. 205
7.4 Динамика доменных границ с высоким пространственным и временным разрешением 210
7.5 Дифракция света на «черно-белой» щели 213
7.6 Дифракция света на «серой» щели 217
7.7 Задача о дифракции света на щели и потенциальные возможности ее использования для исследования динамики доменной границы с высоким пространственным разрешением. 223
7.8 Итоги Главы VII 224
Заключение 227
Список цитируемой литературы 233
Благодарности 264

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность работы. Стремительный рост объема данных, которые ежедневно создает человечество, предъявляет новые требования к системам хранения и обработки информации. По данным «International Data Corporation (IDC)» в настоящее время компания Facebook обрабатывает более 200 петабайт (2?1017) данных в сутки [1]. Объем информации, поступающей ежедневно в компанию Google, составляет более 50 петабайт, причем каждый день объем информации, поступающий в эти компании, увеличивается примерно на 500 терабайт (5?1014). Согласно прогнозам IDC, к 2026 году, объем данных, созданных пользователями во всем мире, вырастет на 61% до 175 зеттабайт (175?1021) [1].
В настоящее время магнитное хранение данных является одним из наиболее распространенных способов хранения информации [2]. История магнитной записи информации насчитывает более 120 лет. В середине 20 века для хранения и обработки данных использовали память на ферритовых кольцах [3], позднее в 60-е-70-е годы исследователи во всем мире работали над созданием устройств, работа которых была основана на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД устройства) [4]. Однако из-за интенсивного развития технологии памяти и логики на основе кремния конкуренция на рынке высокотехнологичных систем памяти на магнитных сердечниках и ЦМД устройств была обречена. Возрождение магнитной записи и обработки информации началось в конце 20 века [5, 6].

Весь текст будет доступен после покупки

Глава I. Методы исследования динамики перемагничивания

1.1 Введение

При экспериментальных исследованиях магнитных свойств любых материалов можно условно выделить два основных направления. Первое включает изучение параметров, описывающих статические характеристики материала, таких как намагниченность насыщения, коэрцитивная сила, магнитная анизотропия, температура Кюри и другие. А второе направление посвящено анализу динамики изменения намагниченности под действием внешнего воздействия.
Выбор подходящего экспериментального метода исследования определяется специфическими требованиями к качеству и точности измерений. Если материал обладает доменной структурой, то для улучшения качества измерений, а также для обеспечения их надежности и наглядности может быть использована визуализация доменной структуры. На сегодняшний день для этой цели могут быть использованы разные методы, среди которых наиболее распространены: спин-поляризованная сканирующая туннельная микроскопия [58–60], магнитная силовая микроскопия [61, 62] и различные виды просвечивающей электронной микроскопии [63–66]. Пространственное разрешение данных технологий достигает уровня десятков нанометров [67–70], а спин-поляризованная сканирующая туннельная микроскопия демонстрирует наивысшую точность, достигая невероятного разрешения в 0,1 нм [70–72]. Однако следует учитывать, что обработка данных, полученных с помощью этих методов, требует значительных временных затрат, ограничивая их временное разрешение до уровня не менее одной секунды [73]. Это делает все перечисленные выше методы непригодными для изучения процессов перемагничивания в динамике.
Методы изучения магнитных свойств материалов, в основе которых лежат линейные магнитооптические эффекты Фарадея [74] и Керра [30, 75], представляют собой уникальный инструмент для определения ряда статических характеристик материалов, таких как температура Кюри и коэрцитивная сила. Хотя пространственное разрешение в этих экспериментах ограничивается длиной волны применяемого света, временное разрешение этих методов может достигать долей пикосекунды, что делает их незаменимым инструментом для исследований динамики перемагничивания. Магнитооптическая спектроскопия с высоким временным разрешением [76] предоставляет возможность возбуждать [77] и контролировать [35, 49] динамику перемагничивания, используя монохроматический свет разных длин волн. Благодаря чрезвычайно высокому временному разрешению и использованию мощных лазеров с длиной импульсов порядка нескольких десятков фемтосекунд [78], магнитооптические методы обладают уникальными возможностями для исследования сверхбыстрых неравновесных процессов, возникающих в ходе перемагничивания [79].
Впервые экспериментальное исследование динамики перемагничивания провели K.I. Sixtus и L. Tоnks [22]. В основе перемагничивания в малых полях лежит обратимое смещение доменных границ. Суть метода Сикстуса–Тонкса состоит в регистрации временного интервала, необходимого для перемещения доменной границы в протяженном образце на заданное расстояние. K.I. Sixtus и L. Tоnks измеряли скорости движения доменной границы в Fe-Ni проволоке под действием внешнего магнитного поля при комнатной температуре и различных механических напряжениях [22]. Экспериментально были получены линейные зависимости скорости границы от напряжённости магнитного поля для различных механических напряжений. Максимальная скорость доменной границы, измеренная в этой работе, составляла 20 м/с. Эта величина была получена в недеформированном образце.

Весь текст будет доступен после покупки

1 https://www.networkworld.com/article/3325397/idc-expect-175-zettabytes-of-data-worldwide-by-2025.html
2 Vedmedenko E.Y., Kawakami R.K., Sheka D.D., Gambardella P., Kirilyuk A., Hirohata A., Binek C., Chubykalo-Fesenko O., Sanvito S., Kirby B.J., Grollier J., Everschor-Sitte K., Kampfrath T., You C.-Y., Berger A. The 2020 magnetism roadmap // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2020. – Vol 53, № 453001. DOI: 10.1088/1361-6463/ab9d98
3 Eckert J.P. A Survey of Digital Computer Memory Systems // Proceedings of the IEEE. – 1953. – Vol. 41, № 10. – P. 1393–1406 DOI: 10.1109/JRPROC.1953.274316
4 Bobeck A.H., Bonyhard P.I., Geusic J.E. Magnetic bubbles—An emerging new memory technology // Proceedings of the IEEE. – 1975. – Vol. 63, № 8. – P. 1176–1195. DOI: 10.1109/PROC.1975.9912
5 Cowburn R.P., Welland M.E. Room Temperature Magnetic Quantum Cellular Automata // Science. – 2000. – Vol. 287. – P. 1466–1468. DOI: 10.1126/science.287.5457.1466
6 Allwood D.A., Xiong G., Faulkner C.C., Atkinson D., Petit D., Cowburn R.P. Magnetic Domain-Wall Logic // Science. – 2005. – Vol. 209. – P. 1688–1692. DOI: 10.1126/science.1108813
7 Granz S.D., Kryder M.H. Granular L10 FePt (001) thin ?lms for Heat Assisted Magnetic Recording // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2012. – Vol. 324, № 2. – P. 287–294. DOI: 10.1016/j.jmmm.2010.12.001
8 Weller D., Parker G., Mosendz O., Lyberatos A., Mitin D., Safonova N.Y., Albrecht M. Review Article: FePt heat assisted magnetic recording media // Journal of Vacuum Science & Technology B. – 2016. – Vol. 34. –P. 060801. DOI: 10.1116/1.4965980.

Весь текст будет доступен после покупки