дами энергии в ТМП и в первую очередь между магнитостатической энергией £ о и энергией магнитной анизотропии fa.

В очень тонких магнитных пленках вещество находится в «двухмерном» состоянии, поскольку толщина пленки h много меньше ее остальных геометрических размеров (ширины h, длины h). Коэффициенты размагничивания в плоскости пленки оказываются на несколько порядков меньше, чем в направлении нормали пленки. Минимуму магнитостатической энергии в этом случае, благодаря геометрической анизотропии, соответствует расположение

Рис. 1.29. Доменные структуры ТМП различной толщины Л при различных значениях фактора качества q

вектора намагниченности в плоскости пленки. Действительно, для очень тонких пленок толщиной меньше 0,1 мкм размагничивающее поле в их плоскости равно нулю и им присуща однодоменная (монодоменная) структура по всему объему пленки (рис. 1.29, в).

Магнитостатические свойства пленок с конечными геометрическими размерами можно оценить исходя из выражений для энергии [1.13], которой обладает пленка при двух крайних положениях вектора намагниченности относительно ее плоскости.

Состоянию с вектором намагниченности, лежащим в плоскости пленки, соответствует энергия

E-QMlhlJ (1.160)

с плотностью -Vl =-0,5 ро Ps.

Состоянию с вектором намагниченности, перпендикулярным поверхности пленки, соответствует энергия

Е-0,ЪЫ1кЧ1п (1.161)

с плотностью у2==--0,5 po/fnft i.

Энергия магнитной анизотропии в ТМП определяется энергией магнитной кристаллографической анизотропии вещества пленки и энергией наведенной анизотропии. Наведенная анизотропия создается искусственно в процессе технологического цикла изготовления пленки. Напыление пленки на подложку осуществляется в присутствии внешнего ориентирующего магнитного поля, приложенного параллельно * плоскости подложки. При этом в тонких поликристаллических ** пленках образуется одна ось легкого намагничивания (ОЛН), лежащая в плоскости пленки.

Из сравнения (1.160) и (1.161 с учетом характера наведенной анизотропии следует, что в очень тонких магнитных пленках (h/h<\) вектор намагниченности должен располагаться в плоскости пленки, так как это состояние соответствует минимуму энергии Ег., а Yi<Y2-

Такое состояние присуще ТМП вплоть до определенной для каждого материала толщины йкр, называемой критической. При превышении критической толщины (/г>/гкр) в тонких магнитных пленках возникают процессы, связанные с появлением нового типа анизотропии - одноосной перпендикулярной анизотропии, когда ОЛН становится перпендикулярной поверхности пленки. Перпендикулярная анизотропия появляется (в ряде случаев специально создается) из-за наличия кристаллографической анизотропии с ОЛН, направленной перпендикулярно поверхности пленки, вслед:! ствие упругих напряжений, возникающих в пленке из-за неравенства коэффициентов теплового расширения пленки и подложки, а также по другим причинам. В аморфных пленках (см. § 2.12) перпендикулярная анизотропия обусловлена специальным механизмом упорядочения пар атомов определенного сорта, при котором энергия взаимодействия пары атомов зависит от угла между направлением намагниченности и осью пары [2.19].

Плотность энергии перпендикулярной анизотропии, характеризующая отклонение вектора намагниченности от направления ОЛН, в данном случае от нормали к пленке,

Ya=xsin6, (1.162)

где К± - константа одноосной перпендикулярной анизотропии; 8 - угол между на.правлением ОЛН и вектором намагниченности.

Наличие перпендикулярной анизотропии приводит к изменению доменной структуры, в частности для материалов с большой анизотропией и малой намагниченностью вектор намагниченности меняет ориентацию с параллельной плоскости пленки на перпендикулярную ее поверхности (рис. 1.29, д).

* В ряде случаев для увеличения анизотропии применяют «косое» напыление, при котором атомный пучок падает иа подложку под углом.

** В монокристаллических пленках образуются две взаимно перпендикулярные ОЛН.

На доменные структуры влияют также магнитоупругая энергия, энергия, связанная с доменными стенками, и ряд других причин.

С увеличением толщины пленки наблюдается переход от одно-доменного состояния по объему пленки к однодоменной по толщине, но не однодоменной в плоскости структуре с плоскопараллельными доменами. В толстых пермаллоевых пленках толщиной от 2 до 100 мкм образуются неоднодоменные структуры незамкнутого типа, когда магнитный поток между соседними доменами замыкается вне пленки. При больших h энергетически выгодным становится образование доменных структур замкнутого типа (структуры Ландау - Лившица, показанные на рис. 1.23).

Для оценки соотношения между и Е вводят фактор качества, который с учетом (1.160) и (1.162) примет вид

д2КМ% (1-163)

В зависимости от значения q для различных толщин пленки возможно образование самых разнообразных структур.

Рассмотрим случай, когда q<\, т. е. когда доменные структуры формируются под воздействием магнитостатических полей, превышающих поля, создаваемые одноосной перпендикулярной анизотропией.

Наибольший интерес представляют так называемые закритиче-ские пленки. Такое название они получили потому, что «закрити-ческие» свойства возникают только в пленках, толщина которых больше критической толщины йкрь но не превосходит некоторого значения /гкрг. Значения /ikpi и йкрг определяются параметрами материала пленки (/s. А, К) и зависят от технологии ее изготовления. Магнитные структуры, возникающие в закритических пленках, являются специфическими промежуточными конфигурациями между монодоменным состоянием, наблюдаемым в тонких с/г</гкр1 пленках, и многодоменными конфигурациями замкнутого типа (структуры Ландау - Лившица), характерными для массивных магнетиков. Однодоменное состояние с вектором намагниченности в плоскости пленки, присущее тонким пленкам с 1г<ккр1, обусловлено преобладанием магнитостатических полей, стремящихся, как отмечалось ранее, удержать вектор намагниченности в плоскости пленки. Для закритических пленок имеет место многодоменная конфигурация с неколлинеарной микрополосовой структурой (рис. 1.30), которую часто называют страйптструктурной. Такого рода структура была предсказана Л. Д. Ландау и Е. М. Лившицем [1.10]. По оценке Ч. Киттеля [1.7], толщина, при которой перестраивается доменная структура, находится в пределах 3-10-- 1-10-3 .см. На рис. 1.30 видно, что полосовая доменная структура состоит из длинных узких доменов, их ширина d обычно от долей микрометра до нескольких микрометров и соиемерима с толщиной пленки, причем соседние домены намагничены в противоположных направлениях.