ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ ДОМЕНЫ

«магнитные пузырьки», изолированные однородно намагниченные подвижные области ферро- или ферримагнетика (домены), имеющие форму круговых цилиндров и направление намагниченности, противоположное направлению намагниченности остальной его части (рис. 1). Обнаружены в кон. 50-х гг. 20 в. в ортоферритах и гексаферритах (см. ФЕРРИТЫ).

Рис. 1. Изолированный цилиндрич. магн. домен (1) в пластине магнетика (2) с одной осью лёгкого намагничивания. H — подмагничивающее поле, направление к-рого совпадает с осью лёгкого намагничивания; J — намагниченность магнетика (знаки + и — указывают на различие в направлении намагниченности).

Ц. м. д. получают в тонких (1 — 100 мкм) плоскопараллельных пластинах (плёнках) монокрист. ферримагнетиков (ферриты-гранаты) или аморфных ферромагнетиков (сплавы d- и f-переходных элементов) с единств. осью лёгкого намагничивания, направленной перпендикулярно поверхности пластины. Магн. поле, формирующее Ц. м. д. (поле подмагничивания), прикладывается по оси лёгкого намагничивания. В отсутствии внеш. подмагничивающего поля доменная структура пластин имеет неупорядоченный лабиринтообразный вид (рис. 2, слева). При наложении подмагничивающего поля домены, не имеющие контакта с краями пластины, стягиваются и образуют Ц. м. д. (рис. 2, справа).

Рис. 2. Слева — лабиринтная доменная структура магнитоодноосных пластин в отсутствии магн. поля, наблюдаемая под микроскопом в поляризованном свете (размер доменов ок. 10 мкм); справа — цилиндрич. магн. домены, образовавшиеся при помещении пластины в подмагничивающее поле.

Вектор намагниченности Ц. м. д. ориентируется вдоль оси лёгкого намагничивания.

Изолированные Ц. м. д. существуют в определённом интервале полей подмагничивания, к-рый составляет неск. % от величины намагниченности насыщения материала. Нижняя граница интервала устойчивости соответствует переходу Ц. м. д. в домены эллиптич. формы, верхняя — исчезновению (коллапсу) Ц. м. д. Устойчивое существование Ц. м. д. обусловлено равновесием трёх сил: силы взаимодействия намагниченности Ц. м. д. с полем подмагничивания; силы, связанной с существованием у Ц. м. д. стенок (аналогична силе поверхностного натяжения); наконец, силы взаимодействия магн. момента Ц. м. д. с размагничивающим полем остальной части магнетика. Первые две силы стремятся сжать Ц. м. д., а третья — растянуть. В момент формирования радиус Ц. м. д. имеет макс. величину; при дальнейшем увеличении подмагничивающего поля радиус Ц. м. д. уменьшается, а при нек-ром поле Нк сжимающие силы начинают превышать растягивающие и Ц. м. д. исчезают (коллапсируют) (рис. 3).

Рис. 3. Область устойчивого существования цилиндрич. магн. доменов. По оси ординат отложено отношение напряжённости поля подмагничивания к намагниченности насыщения магнетика, по оси абсцисс — отношение толщины пластины к её характеристич. длине.

Реальные размеры Ц. м. д. зависят, помимо поля подмагничивания, от физ. параметров материала и толщины плёнки. В центре интервала устойчивости диаметр Ц.. м. д. примерно равен толщине плёнки.

В однородном поле подмагничивания Ц. м. д. неподвижны, в неоднородном они перемещаются в область с меньшей напряжённостью поля. Существует предельная скорость перемещения Ц. м. д. (для разных в-в от 10 до 1000 м/с). Скорость Ц. м. д. ограничивают процессы передачи энергии от движущихся Ц. м. д. крист. решётке, спиновым волнам и т. п., а также взаимодействие Ц. м. д. с дефектами в кристаллах (с уменьшением числа дефектов скорость увеличивается). Ц. м. д. наблюдаются под микроскопом в поляризованном свете (используется Фарадея эффект).

Предложение о практич. использовании Ц. м. д. в вычислит. технике относится к 1967.

Так, тонкие эпитаксиальные плёнки (см. ЭПИТАКСИЯ) сметанных редкоземельных ферритов-гранатов, обладающие необходимыми св-вами, стали применяться в запоминающих устройствах цифровых вычислит. машин (для записи, хранения и считывания информации в двоичной системе счисления). Нули и единицы двоичного кода при этом изображаются соответственно присутствием и отсутствием Ц. м. д. в данном месте плёнки. Существуют магн. плёнки, в к-рых диаметр Ц. м. д. менее 0,5 мкм, что позволяет, в принципе, осуществлять запись информации с плотностью более 107 бит/см2. Практически реализованная система записи и считывания информации основана на перемещении Ц. м. д. в магнитных плёнках при помощи тонких (0,3—1 мкм) аппликаций из магнитно-мягкого материала (пермаллоя) Т—I-, Y—I- или V -образной (шевронной) формы, накладываемых непосредственно на плёнку с Ц. м. д. Аппликации намагничиваются вращающимся в плоскости плёнки управляющим магн. полем Hynp (рис. 4) так, что в требуемом направлении возникает градиент поля, обеспечивающий перемещение Ц. м. д.

Рис. 4. Схемы перемещения цилиндрич. магн. доменов (1) на пермаллоевых аппликациях (г) Т—I-образного (a), Y—I-образного (б) и шевронного (V-образного) (в) профилей.Hynp— управляющее магн. поле.

Схемы управления перемещением Ц. м. д. при помощи лермаллоевых аппликаций работают на частотах изменения управляющего поля около 1 Мгц, что соответствует скорости записи (считывания) информации 1 Мбит/с.

Рис. 5. Схема генерирования и перемещения цилиндрич. магн. доменов: слева — генератор доменов, Hynр — управляющее магн. поле. При повороте управляющего поля один из концов зародышевого домена постепенно втягивается в канал распространения, обособляется и под действием поля намагнич. аппликаций перемещается по каналу.

Запись информации осуществляется с помощью генераторов Ц. м. д., работающих на принципе локального перемагничивания материала импульсным магн. полем тока, пропускаемого по проводнику в форме шпильки. Одна из возможных схем генерации и перемещения Ц. м. д. показана на рис. 5. Для считывания информации в запоминающих устройствах на Ц. м. д. используют детекторы, работающие на магниторезистивном эффекте (см. МАГНЕТОСОПРОТИВЛЕНИЕ). Магниторезистивный детектор Ц. м. д. представляет собой аппликацию спец. формы из проводящего материала (напр., пермаллоя), сопротивление к-рого зависит от действующего на него магн. поля. Проходя детектор, Ц. м. д. своим полем изменяют его сопротивление, что можно зарегистрировать по изменению падения напряжения на детекторе. Запоминающие устройства на Ц. м. д. обладают высокой надёжностью и низкой стоимостью хранения единицы информации. Применение Ц. м. д.— один из возможных путей развития ЭВМ.