Микромагнетизм мелких ферромагнитных частиц, наноструктур и аморфных проводов

• Автор: Усов, Николай Александрович
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Троицк
• Количество страниц: 253 с. : ил

Содержание
Введение

Глава I. Методы теории возмущений и численного моделирования в микромагнетизме

§1. Устойчивость неоднородного микромагнитного состояния.

§2. Теория возмущений для ограниченных ферромагнетиков.

§3. Численное моделирование трехмерных распределений намагниченности в ферромагнетиках.

Глава II. Свойства квазиоднодоменных ферромагнитных частиц неидеальной формы

§4. Слабые возмущения формы эллипсоидальной частицы.

§5. Квазиоднородное распределение намагниченности в цилиндрической частице.

§6. Квазиоднородное распределение намагниченности в параллелепипеде и плоском цилиндре.

§7. Обобщение понятия однодоменности.

Глава III. Неоднородные микромагнитные состояния в мелких ферромагнитных частицах
§8. Вихревое распределение намагниченности в цилиндрической частице.
§9. Теория возмущений для вихревого распределения намагниченности в цилиндре.
§10. Неоднородные микромагнитные состояния в сферической частице.
§11. Неоднородные микромагнитные состояния в эллипсоидальной частице.
§12. Вихревые состояния в частицах с большим аспектным отношением.
§13. Распределение намагниченности в мелких магнитножестких ферромагнитных частицах.
Глава IV. Доменные структуры в плоских ферромагнитных наноэлементах и наноструктурах
§14. Диаграмма стационарных состояний магнитномягкой эллиптической частицы.
§15. Квазиоднородное распределение намагниченности в эллиптической частице.
§16. Многовихревые распределения намагниченности в эллиптической частице. §17. Эволюция квазиоднородного распределения намагниченности в плоской цилиндрической частице.
§18. Стационарные распределения намагниченности в многосвязных наноструктурах.
Глава V. Свойства разреженных ансамблей ферромагнитных частиц

§19. Петли гистерезиса ансамбля однодоменных ферромагнитных частиц с положительной константой кубической магнитной анизотропии.
§20. Петли гистерезиса ансамбля однодоменных ферромагнитных частиц с отрицательной константой кубической магнитной анизотропии.
§21. Угловая зависимость поля нуклеации вытянутого сфероида.
Глава VI. Доменные структуры в магнитномягких аморфных проводах
§22. Распределение остаточных закалочных напряжений в аморфных проводах. §23. Доменная структура аморфного провода с отрицательной константой магнитострикции.
§24. Влияние внешних упругих напряжений на распределение намагниченности в аморфных проводах с отрицательной константой магнитострикции.
§25. Доменная структура аморфного провода с положительной константой магнитострикции.
§26. Размерный эффект в аморфном проводе.
Заключение
Литература
Введение
Физика магнитных явлений испытывает в настоящее время бурное развитие, связанное с открытием новых фундаментальных эффектов - гигантского магнитосопротивления в обменносвязанных тонких магнитных сэндвичевых структурах [1], спин-поляризованного тунеллирования в ферромагнитных микроконтактах [2], колоссального магнитосопротивления [3], эффектов бистабильности и гигантского магнитоимпеданса в тонких аморфных магнитномягких ферромагнитных проводниках [4,5]. Эти открытия образуют базу для разработки магнитоэлектронных приборов нового типа, создания новых принципов записи и хранения информации [6], новых типов высокочувствительных сенсоров и датчиков [5], применения новых технологий в микроэлектронике, компьютерной технике и средствах коммуникации [7]. С другой стороны, опыт создания высокосовершенных полупроводниковых гетероструктур используется теперь для получения ферромагнитных гетероструктур с расстоянием между слоями от десятков до сотен межатомных расстояний, периодических двумерных решеток мелких ферромагнитных частиц субмикронного размера, плоских ферромагнитных наноэлементов с контролируемыми магнитными свойствами [8]. Большой интерес в настоящее время вызывают также процессы переноса в ферромагнитных наноэлементах и наноструктурах, именно, эффекты рассеяния зарядов на доменных стенках и прочих неоднородностях в распределении намагниченности малых ферромагнитных тел [9,10].
Все это приводит к громадному росту числа исследований, посвященных изучению стационарных микромагнитных состояний и процессов перемагничивания в мелких ферромагнитных частицах, наноэлементах и наноструктурах. Как известно, созданный Ландау и Лифшицем [11] фундаментальный подход к описанию равновесных и динамических свойств ферромагнетиков на масштабах, значительно превышающих межатомные расстояния, является исходным пунктом строгого теоретического описания рассматриваемых явлений. В настоящей диссертации основное внимание уделено развитию новых, мощных и достаточно общих методов решения микромагнитных уравнений и изучению на базе этих методов квазиоднородных и существенно неоднородных микромагнитных состояний в нанообъектах и аморфных ферромагнетиках, интересных для современных технических приложений.
Актуальность работы по теоретическому исследованию магнитных свойств мелких ферромагнитных частиц, наноэлементов и наноструктур, а также тонких аморфных проводов обусловлена как необходимостью развития и уточнения фундаментальных представлений о возможных типах микромагнитных состояний, реализующихся в малых ферромагнитных телах, так и первостепенной важностью этих объектов для применений в микроэлектронике, технике магнитной записи информации и многих других областях. Современные жесткие требования к миниатюризации электронных устройств, к повышению чувствительности датчиков и сенсоров, увеличению надежности работы элементов микроэлектроники могут быть удовлетворены путем разработки и исследования новых типов тонкопленочных и аморфных магнитных материалов и созданием принципиально новых магнитоэлектронных элементов, совместимых с принципами интегральной планарной технологии. Принцип действия указанных устройств и элементов в большинстве случаев основан на тонкой перестройке распределения намагниченности в образце под действием слабого внешнего магнитного поля, либо магнитного поля тока,

порядок или более меньшим. Аналогичный критерий сходимости итерационного процесса был предложен ранее в работе [72]. Наши расчеты хорошо подтверждают этот эмпирический критерий для большинства рассмотренных случаев, за исключением областей параметров, близких к границе потери устойчивости какого-либо из стационарных микромагнитных состояний системы. Для более строгого определения границ устойчивости стационарных микромагнитных состояний необходимо ужесточать указанный выше критерий на порядок или более.
Численная схема, описанная в данном параграфе, использовалась при моделировании стационарных распределений намагниченности в мелких ферромагнитных частицах и плоских наноэлементах и наноструктурах. Результаты этих расчетов представлены в главах II - IV диссертации. Следует заметить также, что для подтверждения результатов компьютерного моделирования и обобщения их на более широкую область физических параметров задачи, разрабатывались также приближенные аналитические методы, в частности, различные варианты теории возмущений, описанной в предыдущих параграфах данной главы диссертации.