Трехмерное Моделирование Нелинейной Динамики Доменных Границ В Пленках С Перпендикулярной Анизотропией

Abstract

На основе численного решения уравнений Ландау-Лифшица-Гильберта выполнено трехмерное компью-терное моделирование статических конфигураций намагниченности и динамических процессов в доменной границе магнитно-одноосной пленки с перпендикулярной анизотропией. Рассчитанные статические состояния соответствуют доменной границе, содержащей блоховские линии с поверхностным распределением намаг-ниченности, зависящим от толщины пленки. Показано, что такие структуры могут быть охарактеризованы определенными значениями гомотопического индекса. Установлено, что существующие в объеме пленки вихревые и антивихревые структуры образуют вихревые нити. Найден способ визуализации совместного движения вихревых нитей и блоховских точек, основанный на численном расчете значений гомотопического индекса и числа вращений.Работа выполнена в рамках государственного задания ФАНО России (тема " Магнит", № 01201463328) при частичной поддержке УрО РАН (проект № 15-9-2-33), финансовой поддержке согласно постановле-нию № 211 Правительства Российской федерации, контракт № 02.A03.21.0006 и финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ на основе госзадания, проект № 2705. ВведениеОткрытие доменных границ (ДГ) и их подвижности явилось фундаментальным вкладом в представления о процессах намагничивания и перемагничивания в фер-ромагнетиках [1], сыграв ключевую роль в понимании многих практически важных свойств магнитных веществ и обеспечив возможность получения материалов с необ-ходимыми свойствами. Начавшееся достаточно давно изучение статических и динамических свойств ДГ актив-но продолжается и в настоящее время. Наряду с тради-ционной задачей изучения полезных свойств магнитных материалов появились новые задачи, связанные с ис-пользованием ДГ и элементов, составляющих их струк-туру, в современных высокоемких и высокоскоростных энергонезависимых устройствах записи информации с произвольной выборкой [2,3], элементах логики [4] и спинтронных устройствах [5][6][7][8].С момента появления первой работы Ландау и Лиф-шица [9] сами представления о структуре доменных стенок изменились до неузнаваемости. Оказалось, что в пленках, широко используемых на практике, ДГ не являются одномерными и могут обладать симметричной или асимметричной вихреподобной структурой [10,11]. Кроме того, эти стенки могут включать в себя раз-личные структурные элементы, среди которых принято выделять вертикальные и горизонтальные блоховские линии (ВБЛ и ГБЛ) и сингулярные (блоховские) точки (СТ) (см., например [12-14]). Изучение динамики на-магниченности в пленках показало, что в статических внешних магнитных полях или в присутствии спин-поляризованного тока может не только возникать дви-жение ДГ как целого, но и происходить перестройка ее внутренней структуры. Правильное понимание об-щей картины динамического поведения намагниченности является важным при разработке устройств записи и считывания информации, основанных на движении ДГ.В настоящее время интенсивно развивается моде-лирование статических и динамических свойств спи-новых структур, учитывающее локальные трехмерн...

Визуализация Динамических Вихревых Структур В Магнитных Пленках С Одноосной Анизотропией (Микромагнитное Моделирование)

“…Трехмерное микромагнитное моделирование позволя-ет увидеть, что динамическое поведение ДГ приобретает характер последовательности топологических перестро-ек [8]. Причину появления топологических структур, не описываемых двумерной моделью, можно объяснить, вновь обращаясь к примеру ДГ в пленке с продоль-ной одноосной анизотропией.…”

“…В такой ДГ соседние сегменты отделены друг от друга вертикальными блоховскими линиями (ВБЛ) или сингу-лярными (блоховскими) точками (СТ) [9]. Динамика ДГ существенным образом зависит от выбранной начальной конфигурации намагниченности [8].…”

“…Поверхностные вихри (антивихри), имеющиеся в начальной конфигура-ции, содержащей ВБЛ, или рождающиеся при движении, продолжаются от граничных поверхностей в глубь плен-ки, образуя вместе с динамически преобразованными продольными вихрями трехмерные вихревые структуры. В достаточно толстых пленках (в случае пермаллоя -толще 30−50 nm), с ростом значения H, топологиче-ские перестройки становятся сложнее [8]. В частно-сти, происходят перевороты намагниченности в центрах поверхностных вихрей, сопровождающиеся рождением сингулярных (блоховских) точек (СТ), уходящих в те-ло пленки.…”

“…С учетом вклада СТ, сохраняется и значение другого топологического инварианта (заря-да) -скирмионного числа [11][12][13]. В работе [8] было показано, что имеется двадцать элементарных событий топологической перестройки, удовлетворяющих требо-ванию сохранения значений вышеупомянутых топологи-ческих инвариантов. Движение ДГ представляет собой чередование стадий " медленного" изменения намагни-ченности и " быстрых" стадий (событий) топологических перестроек.…”

“…Движение ДГ представляет собой чередование стадий " медленного" изменения намагни-ченности и " быстрых" стадий (событий) топологических перестроек. Данные численного эксперимента для ДГ в пленке пермаллоя толщиной 100 nm, движущейся в постоянном поле величиной 100 Oe, дают оценку длительности " медленной" стадии 200−300 ps [8]. При этом длительность " быстрой" стадии обычно не превы-шает 5 ps.…”