Влияние магнитных волновых колебаний намагниченности в движущейся доменной границе в ортоферрите иттрия на генерацию поперечных акустических волн

Целью исследования в данной работе является учет влияния магнитных волновых колебаний намагниченности, генерируемых в движущейся доменной границе в магнитном поле в ортоферрите иттрия, на поперечную звуковую волну.
Методы. Решения волновых уравнений, описывающих влияние колебаний намагниченности в движущейся доменной границе и поперечной акустической волны, методами: медленно меняющихся амплитуд, теории возмущений и Лагранжа.
Результаты. Аналитически описано влияние магнитных волновых колебаний намагниченности, сопровождающих движущуюся доменную границу, с учетом и без учета их поглощения в магнитном поле, на поперечную акустическую волну, возбуждаемую в пластинчатом образце ортоферрита иттрия. С учетом кристаллических и магнитных свойств ортоферрита иттрия (YFeO3) при движении в нем доменной границы получены оценки вкладов воздействия магнитных волновых колебаний намагниченности в смещения поперечных звуковых волн. Без учета поглощения в магнитном поле вклад составляет порядок 10–7 м, это сопоставимо с теоретической толщиной доменной границы D3 ≈ 10–8 м, а с учетом поглощения имеет порядок 10–14 м.
Заключение. Для разработки логических и запоминающих устройств, действие которых основано на перемагничивании за счет движения доменных границ с околозвуковыми скоростями, исследованы механизмы влияния магнитных волновых колебаний намагниченности на возбуждаемые поперечные акустические волны в пластинке YFeO3. Такое взаимодействие может существенно повлиять на качество и безошибочность обработки информации. Полученные оценки вкладов этих взаимодействий важны для создания элементной базы устройств обработки и записи информации с магнитной памятью на основе слабых ферромагнетиков.

1. 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.

2. 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.

3. 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. P. 164-172.

4. Магнитооптический модулятор электромагнитного излучения на эффекте упругоиндуцированного перемагничивания: патент № 2266552 Российская Федерация / Кузьменко А.П., Жуков Е.А., Леоненко Н.А., Каминский А.В., Ли Цдзянхуа. № 2004109271/28; заявл. 29.03.2004; опубл. 20.12.2005, Бюл. № 35. 6 с.

5. Complex structural-ferroelectric domain walls in thin films of hexagonal orthoferrites RFeO3 (R = Lu, Er) / V.V. Roddatis, A.R. Akbashev, S. Lopatin, A.R. Kaul // Applied Physics Letters. 2013. Vol. 103, no. 11. P. 112907.

6. Гареева З.В., Филиппова В.В., Звездин А.К. Мультиферроидальные материалы для устройств спинтроники // Физика твердого тела. 2024. Т. 66, вып. 8. С. 1251–1257.

7. Shapaeva T.B. Investigation of domain wall dynamics in transparent ferromagnets using highspeed photography // Moscow University Physics Bulletin. 2024. Vol. 79, no. 6. P. 813–838.

8. Magneto-optical diffraction of visible light as a probe of nanoscale displacement of domain walls at femtosecond timescales / A. Dolgikh, T.B. Shapaeva, K.T. Yamada, M.V. Logunov, T.H. Rasing, A.V. Kimel // Review Scientific Instruments. 2023. Vol. 94, no. 10. P. 103001 (7).

9. Туров Е.А., Шавров В.Г. Нарушенная симметрия и магнитоакустические эффекты в ферро- и антиферромагнетиках // Успехи физических наук. 1983. Т. 140, вып. 3. С. 429–462.

10. 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.

11. Dynamics of topological magnetic solitons. Experiment and theory / V.G. Bar’yakhtar, M.V. Chetkin, B.A. Ivanov, S.N. Gadetskii. Berlin: Springer, 1994. 181 р.

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

13. Барьяхтар И.В., Иванов Б.А. Динамическое торможение доменной границы в слабом ферромагнетике. Киев: ИТФ АН УССР, 1983. 28 с.

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

15. 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. Kaminskii // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2007. Vol. 310, no. 2, pt. 2. P. 1610-1612.

16. Жуков Е.А., Жукова В.И., Кузьменко А.П. Вклад магнитной подсистемы в генерацию продольных акустических волн при движении доменной границы в ортоферрите иттрия //Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 4. С. 54–65.

17. 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.

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

20. Жуков Е.А., Жукова В.И. Вклад акустической подсистемы в генерацию магнитных волн при движении доменной границы в ортоферрите иттрия // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2023. № 3 (70). С. 31–40.

21. 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.

22. 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.

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

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