Ученые физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова профессора, доктора физико-математических наук Г. В. Спивак и Р. В. Телеснин, кандидаты физико-математических наук И. С. Колотов, О. С. Колотов и В. И. Петров и младший научный сотрудник Ю. А. Дурасова обнаружили явление образования и роста разрывов доменных стенок в ферромагнетиках под действием импульсных магнитных полей.
“Ферромагнетизм, – рассказывает В. И. Петров, – возникает благодаря особому, обменному взаимодействию электронов соседних атомов, что приводит к самопроизвольной, или спонтанной, намагниченности вещества. В размагниченном состоянии ферромагнетик разбивается на отдельные области – домены, самопроизвольно намагниченные в разных направлениях. Поведение этих доменов определяет многие важные свойства ферромагнетика. Открытие существования доменов и их изучение, выполненное при активном участии советских ученых Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшица, С. В. Вонсовского, Я. С. Шура и других, явилось важной вехой в познании природы ферромагнетизма.
При помещении ферромагнетика в магнитное поле направление намагниченности в нем может изменяться и в кбнце концов способно стать одинаковым для всего ферромагнетика. Изменение направления намагниченности называется перемагничиванием. До самого последнего времени исследовались в основном лишь равновесная или квазиршвновесная доменная структуры ферромагнетика, наблюдаемые в постоянных или медленно меняющихся магнитных полях. При медленных изменениях магнитного поля процесс перемагничивания ферромагнетика происходит путем либо смещения границ между доменами, так называемых доменных стенок, либо поворота намагниченности внутри домена.
Очень часто процесс перемагничивания необходимо убыстрить. Это относится, например, к устройствам памяти электронных вычислительных машин. От скорости перемагничивания зависит быстродействие машины. Развитие радиолокаций, вычислительной техники, автоматики и других технических направлений, в которых ферромагнетики составляют основу широкого круга импульсных устройств, поставило на повестку дня вопрос об исследовании процессов быстрого перемагничивания. Правильный ответ на этот вопрос могло дать лишь непосредственное наблюдение и изучение динамической неравновесной доменной структуры и ее трансформации во времени”.
Изучению этого вопроса помогли магнитные пленки. Они обладают сквозной по толщине доменной структурой, характеризуются малым влиянием вихревых токов, к ним применим ряд эффективных методов исследования. Так, в частности, их динамическую доменную структуру можно исследовать в просвечивающем электронном микроскопе с помощью стробоскопической методики, предложенной в 1965 г. профессором МГУ Г. В. Спиваком и его сотрудниками.
Метод стробоскопической электронной микроскопии заключается в том, что магнитная пленка “освещается” электронным пучком периодически в течение короткого интервала времени (стробимпульса). Синхронно и синфазно происходит импульсное перемагничивание пленки. На экране микроскопа или на фотопластинке получается неподвижное изображение магнитной микроструктуры пленки, соответствующее тому мгновенному состоянию динамической доменной структуры, которое создавалось в пленке в момент ее “освещения” электронным пучком. Меняя момент “освещения” относительно перемагничивающего импульса, можно последовательно наблюдать другие фазы процесса перемагничивания и получить общую картину изменения намагниченности во времени.
Авторами открытия под руководством профессоров МГУ Г. В. Спивака и Р. В. Телеснина в 1969-1970 гг. была создана уникальная установка – стробоскопический электронный микроскоп с временным разрешением в две миллиардные доли секунды. Это позволило в 1970-1972 гг. провести детальное исследование процессов импульсного перемагничивания, протекающих за время 10-7-10-8 с.
В начале импульсного перемагничивания в результате быстрого разворота локальных векторов намагниченности происходит образование полосовых доменов. Это сопровождается возникновением сильных магнитных полей рассеяния, которые внутри полосовых доменов направлены против перемагничивающего поля и поэтому тормозят вращение намагниченности в них. Развитие процесса затормаживается, он как бы на время приостанавливается. Образуется так называемая блокированная доменная структура. В этот момент начинает действовать механизм перемагничивания, раньше неизвестный: в доменных стенках появляются разрывы, которые растут со временем и распространяются от стенки к стенке. Доменные стенки разрушаются, практически не сдвигаясь с места. Причиной образования разрывов служат те же поля рассеяния, что блокировали доменные стенки, но внутри Доменных стенок эти поля направлены вдоль перемагничивающего поля и превышают его на один-два порядка.
Образование разрывов приводит к уменьшению полей рассеяния в близлежащих участках доменов, за счет чего эти участки быстро перемагничиваются путем вращения намагниченности. Это, в свою очередь, приводит к образованию новых разрывов и т. д. В конце концов происходит полное разрушение блокированной доменной структуры и соответственно полное перемагничивание объекта. Явление образования и роста разрывов доменных стенок наблюдается в магнитных полях, превышающих некоторое критическое значение.
Открытие широко применяется в современных отраслях техники – вычислительной технике, автоматике, телемеханике и т. д. Обнаруженное явление определяет ряд важнейших параметров магнитных элементов – время перемагничивания, пороговые поля, динамическую проницаемость и т. п. Знание природы импульсного перемагничивания позволяет более целенаправленно и активно управлять эксплуатационными характеристиками ферромагнетика. Результаты, полученные авторами открытия, учитываются при проектировании устройств, использующих тонкослойные магнитные покрытия в качестве систем памяти ЭВМ, гашения жестких цилиндрических доменов, продвижения этих доменов в устройствах микроэлектроники.
Открытие внесено в Государственный реестр открытий СССР под № 159 с приоритетом от 21 сентября 1970 г. в следующей формулировке:
“Экспериментально установлено неизвестное ранее явление разрыва стенок блокированных доменов в ферромагнетиках и расширение области разрыва под воздействием импульсных магнитных полей при временах перемагничивания 10-7-10-8 с”.
Предыдущая статья Следующая
