Электростатические свойства микромагнитных структур

• Автор: Сергеев, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1 Обзор литературы

1.1............................................................Введение

1.2 Неоднородный магнитоэлектрический эффект

1.3 Циклоидальные и геликоидальные спиновые структуры

1.3.1 Теория

1.3.2 Примеры реальных систем

1.4 Доменные границы

1.4.1 Теория

1.4.2 Примеры реальных систем
1.5 Структуры с цилиндрической симметрией
1.5.1 Теория
1.5.2 Примеры реальных систем
1.6 Выводы из обзора литературы и постановка задачи.
Глава 2 Геометрический анализ микромагнитной структуры доменных границ
2.1 Введение
2.2 Метод
2.3 Доменная граница при Н —
2.3.1 Экспериментальные факты
2.3.2 Теоретическое описание
2.4 Доменная граница при Н ф
2.4.1 Экспериментальные факты
2.4.2 Теоретическое описание
2.5 Выводы
Глава 3 Численное моделирование магнитоэлектрических свойств
доменных границ
3.1..........................................................Введение
3.2 Метод

3.2.1 Общие замечания
3.2.2 Реализация алгоритма для микромагнитной задачи
3.3 Поверхностный электрический заряд доменных границ
3.3.1 Плотность свободной энергии
3.3.2 Влияние ромбической анизотропии
3.3.3 Влияние эффективного электрического поля
3.3.4 Результаты расчетов для реального образца
3.4 Рассмотрение альтернативной модели магнитоэлектрического взаимодействия
3.5 Выводы
Глава 4 Магнитоэлектрические свойства линейных и точечных
топологических дефектов
4.1 Введение
4.2 Дефекты пониженной размерности внутри доменных границ
4.2.1 Вертикальная блоховская линия
4.2.2 Точка Блоха
4.3 Зарождение скирмионов с помощью электрического поля
4.3.1 Модель
4.3.2 Результаты расчетов
4.4 Выводы
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность работы. Данная работа посвящена изучению магнитоэлектрических свойств пространственно-неоднородных спиновых структур. В магннтоупорядоченных средах сосуществуют и конкурируют различные взаимодействия между магнитными моментами: обменное взаимодействие нескольких типов, взаимодействие Дзялошинского-Мория, диполь-дипольное взаимодействие. Их совместное действие приводит к стабилизации разнообразных неоднородных спиновых структур. Среди них — протяженные пространственно-мо-дулированные структуры, характеризующиеся одним или несколькими волновыми векторами; соразмерные структуры с пространственным периодом, кратным постоянной кристаллической решетки; скирмиопы — двумерные цилин-дрически-симметричные солитоны, стабилизированные взаимодействием Дзялошинского-Мория, и многие другие структуры.
Неоднородные спиновые структуры, интересные сами по себе, стали предметом пристального внимания после обнаружения в некоторых из них электрической поляризации. Ее появление обусловлено неоднородным магнитоэлектрическим эффектом, суть которого заключается в том, что электрическая поляризация может возникнуть в области магнитной неоднородности [1]. Возможность сосуществования намагниченности и электрической поляризации в одном веществе устанавливает определенные требования к магнитной группе симметрии кристалла. Но эти требования могут быть удовлетворены и путем локального понижения симметрии за счет возникновения магнитной неоднородности, что, во-первых, существенно расширяет класс веществ, в которых может быть реализовано магнитоэлектрическое взаимодействие; во-вторых, обуславливает сильную связь между электрической поляризацией и распределением вектора намагниченности, открывающую возможности управления намагниченностью с помощью электрического поля и электрической поляризацией — с помощью магнитного [2].
Однако специфика механизмов, стабилизирующих перечисленные выше спиновые структуры, такова, что они образуются лишь при температурах существенно ниже комнатной. В то же время при высоких температурах в магнитоупорядоченных средах существуют магнитные неоднородности, возникающие

р, Н + -- + + + 00 00 0( )
к« 1 шик шиш
Рис. 1.10: а— четыре типа антиферромагнитных структур в УМпОз [46); б— стирание электрических доменов магнитным нолем, направленным вдоль оси у и их восстановление после уменьшения магнитного поля в Мп¥04. Ру — ^/-компонента электрической поляризации,
компоненты волнового вектора спиновой структуры, сохраняющиеся в магнитном по-
ле [47].
тически невыгодными по сравнению с комбинированными границами. Кроме того, рассмотрена антиферромагнитная подсистема кристалла. При температурах ниже 10(3 К магнитные моменты ионов марганца внутри каждого слоя образуют неколлинеарную структуру — угол между соседними спинами составляет 120°. С учетом наличия двух неэквивалентных слоев марганца, возможны четыре типа таких структур (рис. 1.10 а). Доменные границы, в которых все спины структуры разворачиваются на 180°, являются свободными и могут возникать внутри одного из структурных доменов, а границы, в которых разворот осуществляется на угол, кратный 60°, оказываются сцепленными со структурными и, следовательно, сегнетоэлектрическими границами. Из этого следует, что вихревой топологический дефект является также и магнитным вихрем.
В работе [48] магнитоэлектрические свойства двух соединений - УМпОз и МпУ04 рассмотрены в свете понятия трансляционных доменов. Такие домены возникают, когда упорядочение нарушает не точечную, а трансляционную симметрию. Примером трансляционных доменов являются структурные домены в манганите иттрия и антиферромагнитные — в Мп¥04. Исследования последнего методом генерации второй оптической гармоники показали наличие в нем и сегнетоэлектрических, и магнитных доменов. Как и в случае УМпОз, изменение знака поляризации всегда сопровождалось сменой знака магнитного упорядочения, в то время как некоторые магнитные доменные границы не были