Моделирование и фрактальный анализ процесса перемагничивания напряженных феррогранатовых пленок

• Автор: Довбня, Людмила Александровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 102 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. МАГНИТНЫЕ ПЛЕНКИ И КОНЦЕПЦИЯ ФРАКТАЛА В МАГНЕТИЗМЕ

1.1. Модели перемагничивания

1.2. Основные характеристики магнитоодноосных пленок

1.3. Свойства фрактальных агрегатов и применение концепции фрактала к описанию явлений в магнитных средах

ГЛАВА II. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

2.1. Технология выращивания пленок с фрактальной доменной структурой

2.2. Исследование кристаллографической структуры пленок.

2.3. Установки для изучения гистерезиса и доменной структуры

2.4. Экспериментальное исследование доменной структуры и процесса перемагничивания
2.5. Измерение фрактальной размерности
ГЛАВА III. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА. ПОСТРОЕНИЕ ФРАКТАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ
3.1. Геометрия доменной структуры и ее фрактальные характеристики
3.2. Динамика доменной структуры и структура доменной границы
3.3. Построение феноменологической модели доменной структуры и процесса перемагничивания
ГЛАВА IV. КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ И ПРОЦЕССА ЕЕ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ
4.1. Компьютерная модель доменной структуры
4.2. Моделирование динамики развития доменной структуры в магнитном поле
4.3. Сравнение результатов компьютерного моделирования с экспериментом
ГЛАВА V. НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ИССЛЕДУЕМЫХ ПЛЕНОК
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Проблема реальной, т.е. дефектной структуры твердых тел и способов ее регулирования, является одной из центральных и актуальных в современной физике твердого тела и материаловедения. Не составляет исключения и область магнитных материалов. Магнитные и структурные свойства ферромагнитных материалов в виде пленок и тонких слоев в настоящее время достаточно хорошо изучены [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1]. Они находят широкое применение в качестве управляющих элементов СВЧ - устройств (ответвители, вентили, волноводы и др.), в качестве активных элементов в цепях волоконной оптики [12], в качестве информационной среды для магнитных элементов памяти большой емкости [13, 14] и т.д. Усилия специалистов сосредоточены на разработке и поиске материалов, способных обеспечить получение оптимальных технических характеристик, таких как быстродействие, энергоемкость, соответствие необходимому частотному спектру и т.д. [15, 16]. Особое место среди этих материалов занимают эпитаксиальные пленки, поскольку современные технологии позволяют выращивать эпитаксиальные пленки с регулируемой плотностью дефек-

тов, в частности с очень низкими ее значениями [17, 18], меньше чем 10 см’ . Тем не менее, даже такая низкая плотность дефектов может заметно влиять на динамические характеристики пленок из-за взаимодействия доменных границ (ДГ) с дефектами. Механизм этого взаимодействия сегодня не вполне ясен, чем и объясняется обилие существующих моделей взаимодействия ДГ с дефектами. Известно, что увеличение плотности дефектов ферромагнитных пленок (ФМП)
О I Л
до величин порядка (10 -г- 10 ) см' изменяет не только динамические, но и статические характеристики пленок [19, 20, 21], например, приводит к увеличению коэрцитивной силы Нс ферромагнитного образца. Увеличение коэрцитивности способствует повышению надежности сохранения информации в магнитной информационной среде, увеличению срока службы постоянных магнитов, используемых в миниатюрных электродвигателях, акустических системах и т.д. Таким образом, исследование механизма взаимодействия ДГ с дефектами в на-

фрактальных кластеров (агрегатов). Основной характеристикой фрактала является его фрактальная размерность £) (размерность Хаусдорфа - Безиковича). Фрактал не является компактным образованием, и с ростом размера выделения Я число частиц п, содержащихся в кластере, растет более медленно, чем для компактной структуры:
) , (1-3.1)

где г0 - радиус мономера, Я - радиус выделения (г0 < Я < Яр ), Я^ - среднее квадратичное расстояние между мономерами в кластере (радиус гирации)
2 п /,у=
Здесь г, и Гу - координаты / и /-г о мономеров.
В соответствии с (1.3.1) плотность р становится убывающей функцией размера, что и отражает некомпактный характер фрактала:
с1>В (1.3.2)
где й?- размерность пространства, в котором находится фрактал. Очевидно, что чем больше различаются топологическая размерность с! и фрактальная размерность Д тем более рыхлой является фрактальная структура.
Если бы фрактальные агрегаты были бесконечно большими и состоящими из бесконечно малых отдельных частиц, то никаких ограничений на применение фрактальной теории не было бы. Практически существуют две естественные масштабные границы: размер отдельных частиц и размер самого кластера г. Свойство (1.3.1) справедливо только при гп « Я « г. Это показывает различие между математическими фрактальными объектами (без ограничений) и физическими объектами (с ограничениями). Моделирование реальных агрегатов фрактальными структурами оправдано, если эти две масштабных границы
достаточно хорошо разделены, то есть, практически, если агрегат достаточно большой

— >10 !.