1.3.3. Подвод внешнего магнитного поля и петля гистерезиса

1.3.3.1. Случай, когда намагниченность насыщения превышает поле анизотропии

Картина распределения магнитных доменов, спонтанно возникающих в магнитооптической пленке при является не слишком устойчивой. Малые изменения одной или более соответствующих магнитных сил или энергий, определяющих состояние равновесия, изменят распределение доменов.

Следовательно, картина распределения доменов также является чувствительной к приложенным внешним магнитным полям. Внешнее поле Н, приложенное по нормали к пленке, благоприятствует магнитным доменам, намагниченность которых параллельна этому полю, в то время как домены с противоположной намагниченностью сжимаются и уменьшают свои размеры.

В случае приложения сильного импульсного внешнего поля магнитные стенки между растущими и сжимающимися доменами

могут перемещаться весьма быстро. Экспериментально наблюдали скорости продвижения до 100 м/с (100 мкм за 1 мкс).

Начиная с размагниченного состояния магнитной пленки, зависимость от является почти линейной функцией (рис. 1.7). При домены с противоположным направлением намагниченности коллапсируют и полностью исчезают. Пленка в данном состоянии является однородно намагниченной и насыщенной. соответственно называют насыщающим полем. Увеличение приложенного поля более этого значения не вызовет дальнейшего изменения состояния материала.

Если, с другой стороны, уменьшать поле ниже значения насыщенное состояние остается стабильным до тех пор, пока Н не станет меньше поля анизотропии, за вычетом размагничивающего поля (составляющего величину Тогда состояние намагниченности пленки опять

Рис. 1.7. Петля гистерезиса для случая . В отсутствие внешнего поля размагничивающее поле размагничивает пленку (случай Для приложенного внешнего поля Н домены с направлением намагниченности, противоположным полю Н, сжимаются, а другие растут (случай (2)). При этом средняя намагниченность пленки растет. При пленка однородно намагничена и «насыщена», при этом намагниченность называют полем насыщения (случай (3)).

Этот случай остается устойчивым, если Н уменьшено, и сумма приложенного поля и поля анизотропии превышает размагничивающее поле Если становится меньше пленка снова самопроизвольно дробится на домены. Критическая точка, в которой пленка становится неустойчивой, задается условием

становится неустойчивым, и в пленке возникает доменная структура. Этот процесс требует затрат энергии на изменение направления намагниченности насыщения, на которую действует сила, создаваемая полем анизотропии, а также затрат энергии на формирование магнитной доменной стенки. Требуемая энергия может быть получена за счет высокой энергии рассеянного поля насыщенной пленки. Как только зарождаются домены с противоположным направлением намагниченности, в пленке опять самопроизвольно возникает доменная структура (рис. 1.7).

1.3.3.2. Случай поля анизотропии, превышающего намагниченность насыщения

Как указано выше, величина, равная разности поля анизотропии и намагниченности насыщения является существенной компонентой поля, определяющей устойчивость насыщенной и однородно намагниченной пленки. Начиная с изначально размагниченного состояния материала, приложение внешнего поля в любом случае приведет к сжатию доменов, имеющих намагниченность, противоположную этому полю, и увеличивается пропорционально приложенному полю. При значении материал является однородно намагниченным. Если затем приложенное поле уменьшают, то насыщенное состояние остается устойчивым настолько долго, насколько сумма приложенного поля и поля анизотропии превышает поле анизотропии До этого момента материал ведет себя так, как указывалось в разд. 1.2.3.1. Однако, чтобы достичь неустойчивого состояния намагниченности с целью переключения, направление приложенного поля должно быть изменено на обратное и соответственно должно удовлетворять условию

Теперь следует различать два случая [10]. В первом случае поле анизотропии за вычетом намагниченности насыщения считается меньшим, чем . В данном случае пленка будет дробиться на домены, если величина обращенного по направлению поля Н превышает но является все еще меньшей, чем Это показано более детально на рис. 1.8. Зависимость средней намагниченности от приложенного поля образует типичную гистерезисную петлю, однако размагниченное состояние может быть вновь достигнуто, если следовать пунктирной линии на рис. 1.8.

С другой стороны, если разность поля анизотропии и намагниченности насыщения превышает поле насыщения, размагниченное состояние никогда не может быть опять достигнуто после того, как материал однажды был введен в насыщенное состояние (рис. 1.9). Этот случай характеризуется

условием Тогда при приложении внешнего поля пленка может быть только переключена между двумя насыщенными состояниями. В таком случае пленка демонстрирует настоящий эффект двоичной памяти, как в случае памяти на магнитных сердечниках.

Замечено, что в используемых в экспериментах пленках с большими площадями при приложении полей, больших намагниченность не переключается сразу из состояния с одним направлением намагниченности в другое. Это обусловлено некоторым количеством дефектов, всегда обнаруживаемых в пленках (обычно 3—5 на и на границе подложки. Когда приложено внешнее поле требуемой величины, переворот намагниченности начинается на этих дефектах уже при меньших величинах поля. Эти дефекты являются центрами образования доменов. Измеренная петля гистерезиса, следовательно, не является столь крутой и прямоугольной, как предполагалось до сих пор теоретически. С другой стороны,

Рис. 1.8. Петля гистерезиса для и Исходя из размагниченного состояния пленки (1), средняя намагниченность увеличивается вместе с При пленка является насыщенной Это состояние остается устойчивым, если уменьшено до нуля и изменило свое направление на обратное потому, что поле анизотропии превышает размагничивающее поле Ни—Если величина обратного по направлению поля превышает намагниченность становится неустойчивой и снова подразделяется на доменную структуру (4). Выключение приложенного поля снова приводит пленку в состояние (1) (пунктирная линия). С другой стороны, увеличение Н до значения насыщает пленку в противоположном направлении,

Рис. 1.9. Петля гистерезиса для . В случае насыщения пленки внешним полем изменение направления намагниченности на обратное может быть достигнуто, только если перевернуто направление приложенного поля и его величина превышает Используемые в экспериментах пленки с дефектами, служащими центрами образования доменов, принципиально дают гистерезисные петли вида, показанного пунктиром.

переключение доменов посредством приложения внешнего поля является полезным методом определения дефектов в пленках большой площади