Модели и численный эксперимент в магнитодинамике доменных границ и молекулярных кластеров

• Автор: Махро, Виктор Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Братск
• Количество страниц: 300 с. : ил

Значительный прогресс, наблюдающийся в последние годы в области микроминиатюризации компонентов вычислительной и электронной техники, привел к созданию устройств, работа которых происходит в пограничной области между макро и микромасштабами. Поэтому в прикладных задачах разработки подобного рода устройств весьма актуальным становится учет специфических явлений и эффектов, которые ранее являлись лишь предметом фундаментальных исследований. Действительно, по мере уменьшения размеров устройств, особенно при достижении порога наномасштабов, все более важную роль начинают играть квантовые эффекты 1 . Эта роль, в определенном смысле, двойственна. С одной стороны, квантовое поведение, в силу своей сгохастичности, может привести к неправильной работе создаваемых устройств, например, к потере информации в двухуровневых системах в результате туннелирования. С другой же стороны, в некоторых случаях, например, при разработке квантовых компьютеров, напротив, бывает желательно облегчить возникновение квантовых эффектов.


Возникающая при этом конфигурация намагниченности является минимизирующей для функционала полной энергии. В пограничных областях намагниченность должна непрерывно изменяться от одного выделенного направления в пределах одного домена, к другому сформировавшемуся в пределах соседнего домена. Область, в пределах которой происходит это изменение направления, и называется доменной границей стенкой. Впервые понятие доменной стенки было введено Блохом в году, он же выполнил первоначальные исследования влияния смещения доменных границ на формирование кривой намагничивания. Причины такого интереса понятны, если учесть, что доменные границы не только играют ключевую роль в динамике процессов перемагничивания, но и служат идеальными модельными объектами для многих современных разделов физики, таких как теория солитонов, или мезоскопическая физика. Наиболее естественно представление о доменной структуре и доменных границах возникает в рамках так называемой микромагнитной модели, являющейся по сути континуальным феноменологическим описанием магнитных явлений. В моделях микромагнетизма постулируется существование в ферромагнетике спонтанной намагниченности, описываемой векторным полем Мг,0 ,, . Равновесное распределение намагниченности определяется вариационным принципом истинное распределение намагниченности лается минимизацией функционала полной свободной энергии кристалла. Раа . У с1Уме ча мт 1. Варьирование 1. Ш 1. Ь , постоянная Планка, магнетон Бора, Л константа диссипации. В отсутствии диссипации 1. В линейном приближении 1. Позже мы обсудим соответствующие решения линеаризованных уравнений 1. Однако сейчас сосредоточимся несколько подробнее на точных решениях уравнения Ландау Лифшица. Возможны два типа нелинейных решений в зависимости от выбора граничных условий. Мсо М0, 1. V 0 1. М2 Л в,Мх V i , i i 1. МрМц бп чггсоБ р аМО ъп 0р,

а уравнения 1. Точное решение 1. Рис. УушОг0Моуй7

Рис. Доменная граница разделяет области с противоположными направлениями намагниченности Ми М. При приближении скорости границы к пределу Уокера, ее масса и ширина начинают подчиняться квазирелятивистским соотношениям
1. О ширина статической доменной фаницы. Однако, в случае ненулевой диссипации, как было показано Слончевским , уокеровский барьер может преодолеваться, но движение границы приобретает неустойчивый характер, а ее подвижность может оказаться отри нательной. Очень важен с физической точки зрения тот факт, что значение предельной скорости в ферромагнетиках равно как и в антиферро и ферримагнетиках всегда меньше минимальной фазовой скорости спиновых волн. Это обстоятельство делает невозможными резонансные процессы обмена энергией между доменной границей и окружением, так называемые черенковские процессы. Во многих случаях такое взаимодействие удается описывать, моделируя его эффективным потенциалом V взаимодействия границы с неоднородностями. М0НЛх1. На протяжении текущей главы, таким образом, мы будем моделировать доменную границу квазичастицей с определенной массой т, не вдаваясь в детали ее структуры. Для экспериментального изучения динамики границ применяются разнообразные магнитные, магнитооптические, магнитошумовые и др. Подробный обзор этих методов можно найти, например, в монографии . В рамках нашего рассмотрения мы будем останавливаться на деталях этих методик в тех случаях, когда от деталей методов измерения зависят физические особенности изучаемых процессов. Таким образом, отслеживая изменение намагниченности в различных экспериментальных ситуациях, можно достаточно достоверно смоделировать характер динамики границы. В соответствии с , , магнитная структура антиферромагнегика может быть представлена в двухиодрешеточной модели локальными плотностями магнитных моментов Мг, и Мг,г. А константа однородного обмена, Су константы неоднородного обмена, ру 2 константы одноосной анизотропии. При условии малости энергии релятивистских взаимодействий по сравнению с энергией обмена уравнения для М и , могут быть сведены к уравнениям только для Т . О
и выбирая в качестве единицы длины ссо, и в качестве единицы времени 1, уравнение 1.