Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | 3 | Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 5 Особенности сверхзвуковой нелинейной динамики доменных границ в редкоземельных ортоферритах й А.П. Кузьменко, В.К. Булгаков Хабаровский государственный технический университет, 680035 Хабаровск, Россия E-mail: kap@tiis.khstu.ru (Поступила в Редакцию 18 апреля 2001 г.

В окончательной редакции 12 июля 2001 г.) В импульсных магнитных поля до 4.8 kOe при разных температурах в ортоферритах EuFeO3 (от 4.2 до 300 K), TmFeO3 (от 100 до 300 K), LuFeO3 (300 K), YFeO3 (460 K) и DyFeO3 (от 77 до 300 K) исследованы динамика и температурная зависимость подвижности доменных границ (ДГ). Зависимость (H) во всех указанных ортоферритах нелинейна, состоит из дискретных интервалов поля ( Hi ), в которых ДГ движется с постоянной скоростью. Образование Hi связано с генерацией ДГ упругих и изгибных колебаний в сильно диссипативной и нелинейной среде. На сверхзвуковых скоростях движение ДГ становится неодномерным.

В момент преодоления ДГ звукового барьера обнаружена нестационарная перестройка доменных структур, сопровождаемая изменениями в тонкой структуре ДГ. В движении межфазных границ наблюдаются процессы самоорганизации.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства образования Российской Федерации (грант в области фундаментальных исследований № 97-0-7, 0-29).

Опрокидывание магнитных подрешеток в редкозе- поля (H) обнаружен целый ряд особенностей в виде мельных ортоферритах (РЗО или RFeO3, где R3+ Ч ДполочекУ Ч интервалов магнитных полей ( Hi), в коредкоземельные ионы) из-за особенностей кристалли- торых скорость ДГ остается практически неизменной.

ческой и магнитной структур, обусловленных ими по- Установлено, что возникновение таких интервалов на лей анизотропии HA, обмена HE и Дзялошинского - зависимости (H) при скоростях, совпадающих со скоМория HD происходит в аномально больших полях ростями t- Ht и l- Hl, вызывается магнитоупругими HSF = -HD/2 +((HD/2)2 + HEHA)1/2 75 kOe [1].

взаимодействиями [3]. Полочки на зависимости (H) при Вплоть до этих полей основным механизмом перемагсверхзвуковых скоростях (C > i > t,l) появляются ничивания РЗО является движение доменных границ в условиях параметрического резонанса, когда частота (ДГ). Экспериментальные и теоретические исследования собственных (пристеночных) изгибных колебаний ДГ динамики ДГ в ортоферрите YFeO3 показали, что она совпадает с пространственной частотой, определяемой имеет нелинейный и неодномерный характер [2]. Преразмерами ростовых неоднородностей [4].

дельная скорость стационарного движения ДГ в YFeO3 BRFeO3 в отличие от YFeO3 имеются две магнитные C (2HEA/M0)1/2 19.74 103 m/s существенно подсистемы с различными свойствами: Fe3+ и R3+, превышает скорости поперечного (t) и продольного (l) что и обусловливает существование в них разнообраззвуков, равные 4.2 103 и 7.2 103 m/s соответственно.

ных ориентационных фазовых переходов при изменеДля оценки C, как правило, используется длинноволнии температуры, поля или упругий напряжений [1,2].

новoе приближение дисперсионной зависимости спиноВ РЗО в момент преодоления ДГ звукового барьера, при вых волн в ортоферритах, где A Ч константа неоднородсовпадении фазовых скоростей колебаний в магнитной ного обмена, M0 Ч намагниченность подрешеток, Ч и упругой подсистемах наблюдается перенормировка гиромагнитное отношение [2]. ДГ в YFeO3 при переходе констант анизотропии [2,3]. Непосредственно в момент к сверхзвуковому движению спонтанно искривляется, на преодоления ДГ звукового барьера в TmFeO3 визуальней возникают периодические доменные структуры (ДС) но обнаружено и исследовано отделение динамической в форме усеченных овалов одинакового периода, котодеформации от ДГ [5].

рые образуются всегда, независимо от конфигурации Ранее исследования динамики ДГ в РЗО проводились внешнего магнитного поля [2]. Соседние образования только с помощью магниооптического аналога индукцитакого типа соединены особыми точками, в которых онного метода СикстусаЦТонкса или по стробоскопичепроизводные по пространственным координатам терпят ской методике с низким временным разрешением (около разрыв. Показано, что в процессе движения ДГ по образцу неодномерные ДС движутся стационарно (с сохра- 6ns) в TmFeO3 при недостаточной точности измерений и без контроля формы ДГ в процессе движения. Иссленением первоначальной формы), их период с ростом продвигающего магнитного поля уменьшается [2]. Впла- дования динамики ДГ в RFeO3 при разных температурах стинчатых образцах YFeO3 на зависимости скорости с помощью метода двукратной высокоскоростной микродвижения ДГ от амплитуды продвигающего магнитного фотографии [2,4] не проводились.

Особенности сверхзвуковой нелинейной динамики доменных границ в редкоземельных... устанавливалась на расстоянии 1.5 10-4 mот внутреннего края катушки с помощью градиентного магнитного поля. Величина градиентного поля изменялась в зависимости от температуры и состава РЗО. К примеру, динамика ДГ в TmFeO3 исследовалась в постоянном магнитном поле с градиентом 2500 Oe/cm при температуре 168 K.

Релаксационные зависимости смещений ДГ в высокочастотном синусоидальном магнитном поле [6] позволяли исследовать температурные зависимости подвижности ДГ. Определенный таким образом максимум ДГ в образцах TmFeO3 наблюдается при температуре 168 K и составляет 860 cm/(s Oe). Hиже этой температуры ДГ в TmFeO3 уменьшается вплоть до 100 K. ТемпеРис. 1. Температурная зависимость подвижности в EuFeO3.

ратурная зависимость ДГ в EuFeO3 представлена на рис. 1. С понижением температуры ДГ в этом РЗО нарастает (до 5800 cm/(s Oe) при 4.2 K) по зависимости, 1. Экспериментальные результаты близкой 1/T [2,6]. В образцах DyFeO3 с толщинами и 90 m подвижность ДГ при комнатной температуре Все образцы РЗО имели форму пластинок, выре- составляет 343 и 295 cm/(s Oe) соответственно. С позанных перпендикулярно оптической оси. Толщина нижением температуры вплоть до 77 K значение ДГ пластинок подбиралась с учетом достижения макси- уменьшается до 50 cm/(s Oe). Монокристаллы всех этих мального магнитооптического контраста и была не ортоферритов были выращены методом бестигельной более 1 10-4 m. Образцы химически полировались зонной плавки с оптическим нагревом.

в перегретой кислоте H3PO4, что снижало их Образец ортоферрита LuFeO3 с толщиной коэрцитивность. К образцу прикладывалось импульсное 1.05 10-4 m был выращен методом спонтанной магнитное поле, создаваемое двумя катушками кристаллизации из раствора в расплаве. В этом ортоферГельмгольца диаметром 1 10-3 m, с передним рите, так же как и в YFeO3 и EuFeO3, нет температуры фронтом менее 20 ns и амплитудой до 4.8 kOe. Частота спиновой переориентации, т. е. ДГ с понижением следования импульсов не превышала нескольких Hz. температуры должна была возрастать. Подвижность Перед началом движения прямолинейная одиночная ДГ ДГ в этом образце при комнатной температуре Рис. 2. Микрофотографии двойных динамических доменных структур в редкоземельных ортоферритах LuFeO3 при 293 K (a, b) и YFeO3 при 460 K (c) с временной задержкой между световыми импульсами 15 ns. Масштаб: для a, b Ч в 1 cm Ч 75 m, для c Чв 1 cmЧ60 m. t (a), = 12 103 (b) и 18 103 m/s (c).

7 Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 866 А.П. Кузьменко, В.К. Булгаков магнитного поля Hi Ч полочек, где скорость ДГ сохраняет постоянство. Два первых интервала ( Ht и Hl) на зависимости (H) возникают при скоростях ДГ, совпадающих со скоростями t или l. Например, в EuFeOпервые двe полочки наблюдаются при скоростях 3.5и 5.8103 m/s, a в LuFeO3 Чпри 3.5103 и 6103 m/s, что совпадает со значениями t и l для этих материалов.

В TmFeO3 при околозвуковых скоростях движения ДГ (3.6 103 и 6.2 103 m/s) на зависимости (H) также наблюдаются полочки Ht и Hl.

Помимо полочек Ht и Hl для всех образцов РЗО при разных температурах возникают интервалы торможения ДГ при сверхзвуковых скоростях Hi. Так, при исследовании зависимости (H) в EuFeO3 в полях до 0.5 kOe при температуре жидкого гелия, когда имеет место максимальная ДГ, полочки наблюдаются при скоростях (3.5, 5.8, 7.5, 14) 103 m/s, a при 77 K в полях Рис. 3. Полевые зависимости скорости движения ДГ в пладо 2 kOe Ч при скоростях (3.5, 5.8, 7.5, 12, 14, 15.5, стинчатых образцах ортоферритов: EuFeO3 при T = 4.2K, 17, 18) 103 m/s (рис. 3). Зависимость (H) в TmFeOLuFeO3 при T = 300 K, YFeO3 при T = 460 K.

также состоит из ряда полочек при скоростях ДГ (3.6, 6.2, 8, 11.9, 13.5, 15 и 16) 103 m/s в полях до 4.8 kOe.

Аналогичные полочки Hi помимо Ht и Hl при составляет 350 cm/(s Oe), после чего она уменьшается сверхзвуковых скоростях движения ДГ наблюдаются и и при температуре 80 K фактически спадает до нуля. в DyFeO3. Зависимость (H) в образце LuFeO3 в полях Такой результат свидетельствует о невысоком качестве до 4.8 kOe также имела сверхзвуковые особенности при образцов, выращенных этим методом. скоростях ДГ, равных 9103 и 12103 m/s (рис. 3). Вполях Исследования зависимостей (H) осуществлялись большей величины зависимость (H) в этом образце не методом двукратной высокоскоростной микрофотогра- исследовалась.

фии [2,4]. Повышение пространственного и временного В образовании Hi в РЗО, так же как ранее разрешений позволили снизить до 2% погрешность в YFeO3 [4], наблюдались следующие закономерности:

в определении скорости, положения и формы ДГ при 1) зависимость (H) при t

скоростях искривляются, образуя соединенные между Во всех исследованных РЗО движение неодномерной собой усеченные овалы. Форма и размеры этих неод- ДГ со сверхзвуковой скоростью в полях Hi < H < Hi+номерностей на ДГ (рис. 2, c) в образце YFeO3 при носит стационарный характер. Период овального обT = 460 K (температура Нееля 640 K), когда ДГ сос- разования на искривленной ДГ в процессе движения тавляет 2000 cm/(s Oe), совпадают с наблюдавшимися в образце сохраняется.

ранее при T = 100 K на ДГ с наибольшей подвижнос- Среди сверхзвуковых полочек на зависимости (H) тью Ч 20 000 cm/(s Oe) [2]. Эволюция неодномерных TmFeO3 выделяются Hi со скоростями ДГ, равными (8, образований на ДГ в РЗО (рис. 2, a, b и далее рис. 4, a, c) 11.9, 16) 103 m/s. Изменение скорости ДГ между даннытакже совпадает с ранее обнаруженной в YFeO3 [2]. ми значениями (т. е. в конце соответствующей полочки Неодномерности (с периодом ) возникают при всех в интервале около 1 Oe) происходит нестационарно.

скоростях движения ДГ C >i >t,l менее чем на 1 ns Скорость ДГ в этот момент резко возрастает, а перипосле момента ее перехода через звуковой барьер. Этот од полуовальных образований скачком уменьшается.

процесс носит нестационарный характер. Внутри интервала Hi/ остается постоянным, тогда На рис. 3 представлены полевые зависимости скоро- как амплитуда неодномерных образований A плавно сти движения ДГ для образцов EuFeO3 при температуре уменьшается до нуля к концу полочки. Так, в TmFeOжидкого гелия, LuFeO3 при комнатной температуре и при скорости ДГ, равной 16 103 m/s, согласно рис. 4, c, YFeO3 при 460 K. Подвижность ДГ в YFeO3 при этой составляет 0.4 10-4 m, что особенно отчетливо видно температуре становилась сравнимой с ее значением при подсветке ДГ первым импульсом. Величины при в РЗО. Анализ зависимостей (H) (рис. 3) свидетель- скоростях ДГ 8103 и11.9103 m/s составляют 3.310-4 и ствует о наличии в них общих закономерностей. Для 1.810-4 m. Для сравнения наименьший, наблюдавшийвсех РЗО, так же как в YFeO3 [4], зависимость (H) ся ранее в YFeO3, составлял 2.5 10-4 m при скорости нелинейна, состоит из дискретного набора интервалов ДГ 16 103 m/s [2]. Зависимость на ДГ от величины Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. Особенности сверхзвуковой нелинейной динамики доменных границ в редкоземельных... Рис. 4. Микрофотографии двойных динамических доменных структур в TmFeO3 при 168 K с временной задержкой между свотовыми импульсами 15 ns. Масштаб: в 1 cm Ч 60 m., 103 m/s: a Ч6.5, b Ч3.6, c Ч 16.

импульсного магнитного поля в TmFeO3 представлена ДГ становится стационарным, а скорость приобретает на рис. 5. однозначное соответствие с амплитудой продвигающего магнитного поля (рис. 4, aЦc). Такая же перестройка ДС В образце TmFeO3 (рис. 4, b) в процессе перехода наблюдается при T = 4.2K в EuFeO3 при околозвуковых ДГ через звуковой барьер наблюдается динамическая скоростях движения ДН (при t,l).

перестройка ДС, которая первоначально была двухдоСкорость распространения изгибной ДГ (справа налеменной. Как следует из микрофотографии, динамическая во), определенная по нормали к плоскости изгибной ДГ, ДС усложняется. Видно, что в этот момент образуется равна l = 6.5103 m/s. По внешней форме наблюдаемый новая магнитая фаза, которая движется справа налево.

изгиб ДГ совпадает с ранее обнаруженным в YFeOВ левой части исследуемой области сохраняется учакинком [2]. Изгибная ДГ имеет диффузные очертания, сток начальной динамической ДС, скорость движения что особенно заметно при подсветке вторым импульсом, ДГ в которой равна t = 3.6 103 m/s. В правой в нижней части динамической ДС на микрофотографии.

части возникает новая магнитная фаза, которая двиВ этом месте в отличие от обычного резкого перехода жется справа налево и ограничена сверху и снизу ДГ между темной и светлой областями магнитооптический обычного типа с четкими очертаниями. Движение этих контраст отсутствует. Движение новой магнитной фазы ДГ происходит в прежнем направлении со скоростями происходит в двух взаимно перпендикулярных направ1 = 0.9 103 m/s и 2 = 2.7 103 m/s. Их векторная лениях (рис. 4, b). Одно из них совпадает с направлесумма равна значению t. ДГ при таких (дозвуковых) нием первоначального движения ДГ снизу вверх (вдоль скоростях имеет прямолинейную форму. Аналогичная оси [100]). В то же время изгибная ДГ движется (справа перестройка ДС имеем место в этом ортоферрите и при налево) вдоль оси [010]. Наличие участка с первонапереходе через звуковой барьер в окрестности l. После чальной ДС (динамическая ДС слева на рис. 4, b при преодоления звуковых барьеров (при >t,l) движение скорости, равной t) свидетельствует об одновременности протекания всех процессов, представленных на микрофотографии, в течение времени между двумя импульсами подсветки (15 ns). Область, занимаемая новой магнитной фазой, имеет размеры 6.5 10-4 m (справа налево) и 1.8 10-4 m (снизу вверх), что соответствует скоростям более 40 103 и 12 103 m/s соответственно.

Значение первой скорости превосходит предельную скорость стационарного движения ДГ в этом ортоферрите.

Pages:     | 1 | 2 | 3 |    Книги по разным темам