Вклад магнитной подсистемы в генерацию продольных акустических волн при движении доменной границы в ортоферрите иттрия

Цель. Современные технологии в своем развитии все больше нуждаются в увеличении скорости обработки и записи информации. Альтернативой полупроводниковым методам является магнитная память, основанная на изменении магнитных моментов. Быстродействие перемагничивания определяется скоростью движения доменных границ. Скорость является максимальной в слабых ферромагнетиках. Цель работы состоит в исследовании влияния магнитной волны, генерируемой движущейся доменной границей на продольную акустическую волну с учетом поглощения магнитной в ортоферрите иттрия.

Методы. Уравнение, описывающее влияние магнитной волны, генерируемой движущейся доменной границей, на продольную акустическую волну решается с использованием следующих методов: метод медленно меняющихся амплитуд, метод теории возмущений и метод Лагранжа.

Результаты. Для кристалла ортоферрита рассчитан вклад магнитной волны, сопровождающей движение доменной границы в ортоферрите иттрия в деформацию амплитуды продольной акустической волны. Этот вклад в ограниченном кристалле без учета поглощения магнитных волн в отсутствии влияния на них акустических имеет порядок 10-6 см. В неограниченном кристалле соответствующий вклад с учетом поглощения магнитных волн в генерацию продольных акустических волн составляет порядок величины 10^-10 см при теоретической толщине доменной границы D3 ≈ 10^-6 см.

Заключение. Для изучения механизмов влияния магнитной волны, генерируемой движущейся ДГ, на продольную акустическую взят ортоферрит иттрия. Так как для слабого ферромагнетика характерно существенное усиление магнитоупругой связи при преодолении ею звукового барьера, именно это обстоятельство позволило экспериментально наблюдать генерацию упругих смещений движущейся доменной границей.

1. Magnetic domain-wall logic / D. A. Allwood, G. Xiong, C. C. Faulkner, D. Atkinson, D. Petit, R. P. Cowburn // Science. 2005. Vol. 309, no. 5741. P. 1688–1692.

2. Parkin S. P., Hayashi M., Thomas L. Magnetic domain-wall racetrack memory // Science. 2008. Vol. 320, no. 5873. pp. 190–194.

3. You C. Y. Concept of the field-driven domain wall motion memory // Journal of magnetism and magnetic materials. 2009. Vol. 321, no. 7. P. 888–890.

4. Paradigm of magnetic domain wall-based in-memory computing / X. Zheng, J. Wang, G. Li, X. Lu, W. Li, Y. Wang, L. Chen, H. Yin, J. Wu, Y. Xu // ACS Applied Electronic Materials. 2020. Vol. 2, no. 8. P. 2375–2382.

5. Dynamics of topological magnetic solitons. Experiment and theory / V. G. Bar’yakhtar, M. V. Chetkin, B. A. Ivanov, S. N. Gadetskii // Springer Tracts in Modern Physics. Berlin, 1994. Vol. 129. 181 р.

6. Звездин А. К., Мухин А. А. Магнитоупругие уединенные волны и сверхзвуковая динамика доменных границ // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1992. Т. 102, вып. 2. С. 577–599.

7. Study of the structural and dimensional features of the magnetization reversal in transparent weak ferromagnets / A. P. Kuz'menko, E. A. Zhukov, V. I. Zhukova, Tsz. Li, A. V. Kaminskii // The Physics of Metals and Metallography. 2008. Vol. 106, no. 2. Р. 164–172.

8. Ким П. Д., Хван Д. Ч. Вынужденные колебания доменной стенки на высоких частотах // Физика твердого тела. 1982. Т. 24, вып. 8. С. 2300–2304.

9. Звездин А. К., Попков А. Ф. Распространение спиновых волн в движущейся доменной границе // Письма в ЖЭТФ. 1984. Т. 39, вып. 8. С. 348–351.

10. Кузьменко А. П., Жуков Е. А., Ли Ц. Резонансное возбуждение магнитоупругих колебаний в ортоферритах одиночной доменной границей // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2005. № 1. С. 9–24.

11. Magneto-elastic resonant phenomena at the motion of the domain wall in weak ferromagnets / A. P. Kuz'menko, E. A. Zhukov, M. B. Dobromyslov, A. V. Kaminsky // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2007. Vol. 310, no. 2, pt. 2. P. 1610–1612.

12. Жуков Е. А. Возбуждение магнитоупругих волн одиночной доменной границей в пластинах ортоферритов // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2007. № 4 (7). С. 61–72.

13. Жуков Е. А., Кузьменко А. П., Щербаков Ю. И. Торможение движущейся доменной границы в слабых ферромагнетиках // Физика твердого тела. 2008. Т. 50, вып. 6. С. 1033–1036.

14. Метод генерации, усиления и измерения параметров гиперзвуковых волн в магнитных кристаллах / Е. А. Жуков, В. И. Жукова, А. В. Каминский, В. В. Корчевский, В. И. Римлянд // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2012. № 3 (26). С. 17–27.

15. Generation of nanometer wavelength acoustic waves / O. Yu. Komina, M. E. Adamova, E. A. Zhukov, A. P. Kuz’menko, V. I. Zhukova // Journal of Nano- and Electronic Physics. 2016. Vol. 8, no. 4. P. 04020.

16. Филиппов А. Ф. Введение в теорию дифференциальных уравнений. Изд. 2-е. М.: КомКнига, 2007. 240 с.

17. Жуков Е. А., Жукова В. И. Расчеты взаимодействия магнитных и продольных акустических волн с участием доменной границы в ортоферритах // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2021. № 4 (63). С. 55–64.

18. Механизмы генерации волн Лэмба доменной границей в пластине слабого ферромагнетика / Е. А. Жуков, М. Е. Адамова, В. И. Жукова, А. П. Кузьменко // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021. Т. 11, № 4. С. 123–136.

19. Барьяхтар И. В., Иванов Б. А. Динамическое торможение доменной границы в слабом ферромагнетике: Препринт ИТФ-83-111Р. Киев: ИТФ АН УССР, 1983. 28 с.

20. Туров Е. А., Шавров В. Г. Нарушенная симметрия и магнитоакустические эффекты в феррои антиферромагнетиках // Успехи физической науки. 1983. Т. 140, вып. 3. С. 429–462.

21. Симметрия и физические свойства антиферромагнетиков / Е. А. Туров, А. В. Колчанов, В. В. Меньшенин, И. Ф. Мирсаев, В. В. Николаев. М.: Физматлит, 2001. 560 с.

22. Жукова В. И., Жуков Е. А., Панасюк С. Р. Взаимодействие магнитных волн с доменной границей в ортоферрите иттрия // Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование: материалы XX региональной научной конференции / под ред. А. И. Мазура. Хабаровск: Тихоокеанский гос. ун-т, 2022. С. 24–27.

23. Двайт Г. Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. М.: Наука, 1978. 224 с.