Структура доменной стенки. Наиболее распространенным видом доменной стенки в реальных ЦМД-пластинах является доменная граница Блоха толщиной бв [см. (1.151)], содержащая п участков по типу границ Нееля толщиной бн каждый. Такая сегментированная структура получила название плоской блоховской доменной границы с вертикальными блоховскими линиями (ВБЛ). Из рис. 1.34, б, на котором представлена упрощенная модель поведения вектора намагниченности в центре стенки, видно, что намагниченность последовательно изменяет свое направление на отдельных участках стенки, причем граничные участки намагничены приблизительно по радиусу. Каждая вертикальная блоховская линия разделяет участки блоховской границы с правым и левым разворотом спинов в стенке. Толщина границы остается постоянной, кроме мест расположения ВБЛ, где она уменьшается. При 91 сужением границ Блоха из-за наличия ВБЛ можно пренебречь.

Суммарная поверхностная плотность энергии доменной грани-ды, содержащей п ВБЛ,

Yrp=YET/"l-f(YB« -)2 (1.175)

превосходит плотность энергии простой стенки Блоха Yb=

=4J C [см. (1.152)].

Анализ (1.175) показывает, что наличие ВБЛ может изменить рассмотренную теорию устойчивости ЦМД, так как при больших плотностях энергии границ Блоха полная энергия этой сложной стенки с уменьшением радиуса домена изменяется. Однако при малом числе п и для ЦМД-материалов со сравнительно большим значением радиуса г этим эффектом можно пренебречь.

Большое число ВБЛ приводит к появлению в пластинах из некоторых материалов при определенных условиях особых видов ЦМД, которые получили название твердых или магнитожестких (ТЦМД). Отличие этих доменов от простых ЦМД заключается в том, что они коллапсируют в полях, значительно больших поля коллапса простых ЦМД. Диапазон полей, необходимый для устойчивого существования ТЦМД, более широк, чем для обычных ЦМД. При одинаковых внешних полях диаметр ТЦМД превышает диаметр нормального домена.

ТЦМД являются нежелательными в ЦМД-устройствах, так как они имеют по сравнению с ЦМД существенно худшие динамические свойства. Для их уничтожения применяют специальные технологические меры, например метод ионной имплантации поверхности ЦМД-материала (см. § 2.22).

Динамика ЦМД. Динамические свойства ЦМД характеризуют •способность домена при определенных условиях передвигаться внутри пластины или по специально сформированному каналу.

Условие передвижения может быть представлено в виде

F=-gmuE, (1.176)

«где F - сила, под действием которой перемещается домен.

Из (1.176) следует, что для создания силы F необходимо обеспечить зависимость любой составляющей полной энергии в выражении (1.166) от пространственной координаты.

Одним из распространенных способов перемещения ЦМД является создание неоднородных внешних полей смещения. В этом случае домен перемещается в направлении, противоположном градиенту поля в сторону слабых полей.

Для оценки динамики поведения ЦМД используют понятие подвижности доменной границы ргр совместно со скоростью ее устойчивого движения V, которые связаны со строением граничной стенки.

Подвижность доменной стенки обусловлена микроскопическими процессами, происходящими в стенке Блоха, и определяется следующим образом:

Рис. 1.36. Качественная хара» теристика скорости движения доменной границы в ЦМД-плас-тине под действием внешнего поля (в условных единицах)

где у - гиромагнитное отношение; а - постоянная затухания Гильберта, характеризующая процессы релаксации намагниченности (для доменсодержа-щих материалов ал;0,014-0,1 при комнатной температуре).

Наличие даже незначительного числа ВБЛ приводит к снижению подвижности границы и возникновению гироскопического эффекта. Гироскопический эффект заключается в том, что ЦМД при определенных условиях (например, большом числе п ВБЛ, высокой подвижности цгр, малом радиусе г) отклоняется от направления градиента приложенного поля на зна чительный угол.

Скорость устойчивого движения границы, перпендикулярная ее поверхности, согласно теории Ландау - Лившица, пропорциональна действующему на границу локальному магнитному полю Я и для простой блоховской границы имеет вид

эр . (1.178)

Если домен передвигается в наиравлении х в простом градиентном поле вида Н=Но-HiX, то скорость его перемещения

v=..,гHг=0,5v.Jш--нX (1.179)

ч л J

где АЯ-изменение внешнего поля на диаметре ЦМД; Не - поле коэрцитивности (коэрцитивная сила) из-за несовершенства пластины, препятствующее движению доменной границы.

Наличие ,в граничной стенке даже небольшого числа п ВБЛ приводит к снижению скорости перемещения в соответствии с выражением

(лг +2)!гр

2-1/2

(1.180)

Перемещение ЦМД в градиентном лоле сопровождается эллиптической деформацией формы домена, что может привести к потере устойчивости. Значения градиента поля Hi сказываются на структуре доменной границы. Как показали исследования [4.6], даже при относительно небольших градиентах может происходить существенная перестройка границы с образованием ВБЛ. На рис. 1.36 показана в условных единицах зависимость средней скорости продвижения доменной границы в ЦМД-пластине от напряженности внешнего поля, качественно отражающая реальные динамические процессы, происходящие при движении ЦМД. Из рисунка следует, что существует предельное значение скорости v„p, определяемое некоторым оптимальным полем Яо, превышение которого яриводит к снижению скорости (f<fnp) из-за перестройки границы.

Перечисленное не охватывает всех вопросов, связанных с динамикой ЦМД. Подробнее с ними можно ознакомиться в [1.11, 4.6].

§ 1.11. Теория кривой намагничивания и петли гистерезиса

КРИВАЯ НАМАГНИЧИВАНИЯ

Процессы вращения

хвси критапш н

Рассмотрим ход кривой намагничивания, т. е. зависимость B=f{H) * макрообъема ферромагнетика, состоящего из совокупности отдельных кристаллитов. Схематически ход такой кривой для ферромагнетика с кубической кристаллической структурой изображен на рис. 1.37 (в прямоугольниках показаны направления намагничивания доменов при различных .значениях намагничивающего поля). Исходное состояние соответствует размагниченному образцу (Я=0; В = 0), т. е. равновероятному расположению магнитных моментов доменов, намагниченных в направлении осей легкого намагничивания (по ребрам куба).

Слабым полям соответствует участок обратимого смещения границ доменов. На этом участке происходит увеличение объема доменов, векторы намагниченности

(магнитных моментов) которых образуют наименьший угол с направлением внешнего поля за счет антипараллельно намагниченных доменов. Процесс практически является обратимым, т. е. после удаления внешнего поля образец возвращается в исходное состояние.

Обратите смещение границ

Размагниченное *;\>«->-\ состояние

Рис. 1.37. Схематический ход кривой намагничивания ферромагнетика

* Или зависимость I=f{H).