Рис. 1.30. Полосовая доменная стрзктура

Такое периодическое изменение намагниченности по длине пленки с периодом Я=2с? объясняется более выгодным с общих энергетических позиций непрерывным отклонением вектора намагниченности от плоскости пленки. Возникающая при этом вертикальная составляющая намагниченности (перпендикулярная плоскости пленки) изменяет знак при переходе от домена к домену. Существуют дру- ВВВШВШШШШ гие предположения, в которых распределение намагниченности носит более сложный характер [2.20].

Различают страйп-доменные структуры открытого (незамкнутого) и замкнутого типов *. Исследования железоникеле-вых пленок показали, что в пленках с диапазоном толщин от /гкр1 = 0,1 мкм до /гкр2=2 мкм образуется страйп-доменная структура незамкнутого типа (см. рис. 1.29, б). С ростом толщины от 2 до 100 мкм возникает разновидность страйп-структуры с замыкающими магнитный поток доменами в приповерхностных слоях пленки (см. рис. 1.29, а), когда намагниченность основных (объемных) доменов, в отличие от замкнутых структур Ландау - Лившица, ориентирована под углом к ОЛН. Это приводит к некоторому возрастанию Еа, но вследствие уменьшения энергии доменных стенок такая структура является энергетически более выгодной.

Закритические пленки обладают петлей гистерезиса необычной формы (рис. 1.31) с малой , остаточной намагниченностью, большой коэрцитивной силой Не и значительным полем насыщения Hg. Наличие так называемой вращательной магнитной анизотропии позволяет сравнительно легко под действием внешнего поля осуществлять поворот системы полос в любом заданном направлении.

Широкое практическое применение получили доменные структуры, образу Ющиеся в пленках с большим значением энергии перпендикулярной анизотропии, для которых q>l. Вектор намагниченности в этих структурах располагается в направлении ОЛН, т. е. перпендикулярно поверхности пленки даже в очень тонких пленках. Чаще всего имеют место открытые многодоменные структуры с антипараллельными доменами (см. рис. 1.29, г). При толщине пленки, меньшей

Рис. 1.31. Закритическая петля гистерезиса

* В монокристаллических пленках из-за наличия двух взаимно перпендикулярных осей легкого намагничивания образуются сложные доменные страйп-структуры типа шахматной доски.

некоего критического значения (/г</гкр), происходит переход к од-нодоменному по всей пленке состоянию (см. рис. 1.29, д). Такие структуры возникают в поликристаллических пленках с аксиальной текстурой, в ряде монокристаллических пленок с осью симметрии кристаллической решетки, перпендикулярной поверхности пленки.

Возможно образование других доменных конфигураций с незамкнутым магнитным потоком, например цилиндрических магнитных доменов (см. § 1.10), лабиринтных структур, концентрических доменов и т. п.

С изменением толщины пленки наблюдается не только изменение доменной структуры, но и связанное с ней изменение доменных границ. Исследования показали [1.18], что при толщине, меньшей определенного значения (порядка сотых долей микрометра), характер граничных слоев между доменами отличается от рассмотренных (стенок Блоха). Такие граничные слои, называют стенками Нееля (рис. 1.32). Различие между стенками Блоха и Нееля заключается в следующем. В стенке Блоха вращение вектора намагниченности происходит в плоскостях, параллельных плоскости граничного слоя, а в стенках Нееля - в плоскости, параллельной поверхности пленки. При этотм составляющая вектора намагниченности, нормальная к плоскости пленки, остается равной нулю и внутри граничного слоя, что соответствует минимуму магнитостатической энергии. Таким образом, для границ Нееля характерно возникновение зарядов на поверхности пленки шириной, равной толщине междоменного граничного слоя бгр. Это приводит к увеличению поверхностной энергии границы по сравнению с выражением (1.147) на значение удельной магнитостатической энергии границы . Однако при определенных условиях границы Нееля оказываются энергетически выгодней границ Блоха. Если учесть для стенок Блоха удельную плотность магнитостатической энергии

Рис. 1.32. Неелевский тип граничного слоя междз доменами в тонких пленках

и сравнить ее с плотностью магнитостатической Нееля

(1.164)

энергии стенок

(1 165)

то окажется, что в толстых пленках при /i>6rp реализуются границы Блоха, поскольку в этом случае у • С уменьшением толщины у начинает возрастать. При некоторой достаточно малой толщине у может превысить у , что приведет к возникновению границ Нееля. На практике границы Нееля существуют в очень тонких пленках. Так, для железоникелевых пленок границы

Нееля в чистом виде образуются в структурах с толщиной пленки до десятков нанометров. В более толстых пленках домены разделены стенками Блоха. Ниже (см. § 1.10) будет показано, что в ряде случаев в ТМП возможно образование доменных структур с границами смешанного типа, в которых одновременно наблюдаются границы Блоха и Нееля.

На конфигурацию доменных структур в ТМП оказывают сильное влияние поверхностные слои пленки и свойства подложки *. В ТМП существует дисперсия анизотропии, приводящая к отклонениям на отдельных участках пленки вектора намагниченности от направления оси легкого намагничивания. Неоднородность пленки может привести к появлению в управляемых доменных структурах так называемых «ложных» доменов, изменению формы границ, что крайне нежелательно, ибо искажает информацию и уменьшает быстродействие устройства, в котором эти структуры используются.

§ 1.10. Цилиндрические магнитные домены

Рис. 1.33. Доменная структзра в тонкой пластинке ортофер-рита:

о - лабиринтная структура (Яд= =0); б -переходная структура от лабиринтной к ЦЛ1Д (Я мало); в - структура ЦМД (достаточно сильное Ярв- ~ концентрация ЦМД около очень тонкой ферромагнитной проволоки

Цилиндрические магнитные домены (ЦМД) возникают при определенных условиях в тонких монокристаллических пластинках или пленках некоторых ферритов, обладающих сильной одноосной перпендикулярной анизотропией. .

ЦМД были получены впервые в веществах с общей химической формулой RFeOs, где R - редкоземельный элемент**, а также близкий им по свойствам иттрий. Такие соединения, обладающие орторомбической кристаллической структурой типа перовскита, называют ортоферритами. Из монокристалла феррита YFeOs вырезали тонкую (порядка 0,05 мм) пластинку в направлении, перпендикулярном оси легкого намагничивания. На рис. 1.33, а показана лабиринтная (серпантинообразная) доменная структура, которая наблюдалась при этом благодаря эффекту Фарадея. Весь объем пластины оказался разбитым на ряд полосовых доменов искривленной формы. Половина доменов имеет вектор намагниченности, ориентированный в положительном направлении вдоль норма-

* Свойства аморфных пленок практически не зависят от материала подложки. ** К редкоземельным относятся элементы периодической системы Менделеева от 57 до 71.