1.3.2. Формирование магнитных доменов

Параллельная или антипараллельная ориентация дипольных моментов в присутствии одноосной анизотропии вызывает появление замкнутых областей пленки, намагниченных одинаковым образом. Такая намагниченная область называется магнитным доменом.

Однако однородно намагниченная пленка, имеющая малую толщину по сравнению с ее площадью, создает сильное размагничивающее поле (рис. 1.4). Если это поле превышает поле анизотропии , то результирующее поле будет направлено противоположно намагниченности. В результате направление намагниченности изменяется на обратное. Таким

образом, пленка будет разделена на некоторое число доменов с противоположной намагниченностью. Для высококачественного материала в конечном итоге около половины площади пленки будет занято доменами с противоположным направлением намагниченности. Так как для очень тонких магнитооптических пленок, рассматриваемых в данной главе (см. рис. 1.4), величина составляет условием спонтанного разбиения в доменную структуру является неравенство

Образование структуры доменов снижает рассеянное поле вне пленки и локальное размагничивающее поле в пленке. Усредненное по площади А домена размагничивающее поле

Рис. 1.4. Внутреннее поле и размагничивающее поле. Внутреннее поле в однородно намагниченном и неограниченном образце (а) с насыщенной намагниченностью определяется соотношением Если из образца вырезана тонкая пластина намагниченность оставшейся части образца (б) создает в щели рассеянное поле Намагниченность в вырезанной пластине порождает рассеянное поле вне пластины и уменьшенное внутреннее поле Поскольку линейная суперпозиция полей в случаях (б) и должна давать такое же поле, как в случае внутреннее поле уменьшено по сравнению с на величину Эта величина называется размагничивающим полем Внутреннее поле таким образом, рассматривается как результат сложения намагниченности и размагничивающего поля Ни. Если вырезанная пластина сделана очень тонкой, величина размагничивающего поля Ни приближается к значению М, (в пределе равняется

так же как и средняя намагниченность уменьшается почти до нуля (рис. 1.5). На рис. 1.6 показана типичная микроструктура пленки указанного типа, характеризуемая структурой полосовых доменов.

Область между магнитными доменами, где намагниченность изменяет свое направление на обратное, называется доменной стенкой. Для образования доменных стенок требуется приложение энергии, так как при изменении направления намагниченности приходится преодолевать квантово-механические силы. Следовательно, размер доменной стенки не уменьшается до нуля, что приводило бы к полному исчезновению рассеянного поля и размагничивающего поля. Размер доменов определяется скорее минимумом соответствующих энергий магнитных полей: существует энергия стенки доменов и энергия

Рис. 1.5. Схема формирования доменов. В однородно намагниченной пленке (а) величина размагничивающего поля (см. рис. 1.4) приблизительно равняется намагниченности Если поле анизотропии меньше сильные размагничивающие поля заставляют намагниченность в половине материала пленки изменить направление на противоположное: формируется структура доменов с противоположным направлением намагниченности. В результате уменьшаются величины рассеянного поля извне пленки и локального размагничивающего поля в пленке. Пленка становится размагниченной.

Рис. 1.6. Полосовые домены в магнитооптической пленке граната. Пленка, обладающая величиной поля анизотропии, меньшей, чем намагниченность насыщения разделена на полосовые домены с типичной шириной в данном материале в 100 мкм. Домены становятся видимыми при освещении магнитооптической пленки поляризованным светом.

поля намагниченностей доменов. В предельном случае бесконечно малых доменов поля намагниченностей взаимно уничтожают друг друга, в то время как энергия стенок доменов достигает максимума (вся пленка занята «магнитными» стенками). Если, с другой стороны, пленка однородно намагничена, то энергия стенки доменов является нулевой, а энергия поля, определяемого является максимальной. Равновесное состояние устанавливается между этими двумя предельными случаями.