Механизмы генерации волн Лэмба доменной границей в пластине слабого ферромагнетика

Цель исследования. Механизмы генерации волн Рэлея – Лэмба доменной границей в пластине ортоферрита иттрия.

Методы. Для решения уравнений, описывающих упругие смещения в пластине при движении доменной границы, использовался метод Фурье.

Результаты. Для кристалла ортоферрита иттрия удалось оценить амплитуды смещения волн Лэмба отдельно для случаев их генерации за счет объемных и поверхностных напряжений, возникающих при движении доменной границы. Амплитуда деформаций в неограниченном кристалле имеет тот же порядок величины, что и для волн, возбуждаемых поверхностными деформациями 10^-10 см для теоретической толщины доменной границы D₃ = 1,1·10^-6 м. Определено соотношение между вкладами объемного и поверхностного механизмов в генерацию волн Лэмба доменной стенкой. 

Заключение. Для разработки логических и запоминающих устройств на основе доменных границ необходимо полностью исследовать факторы, которые могут влиять на доменную динамику в магнетиках. Одним из таких факторов является торможение доменной границы на волнах Рэлея – Лэмба. Из уравнений, описывающих упругие смещения в пластине кристалла ортоферрита при движении доменной границы, можно заключить, что существуют два независимых механизма генерации волн Рэлея – Лэмба: объемный и поверхностный. Оценка вкладов этих механизмов помогает учесть влияние поверхностей на доменную динамику и может быть использована в будущем для разработки устройств магнитной памяти на основе слабых ферромагнетиков.

1. Allwood D. A., Cang Xiong, Colm C. Faulkher. Magnetic domain-wall logic // 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. P. 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. Zheng X., Wang J., Guangi Li. Paradigm of magnetic domain wall-based in-memory computing // ACS Applied Electronic Materials. 2020. Vol. 2, No. 8. P. 2375–2382.

5. Bar'yakhtar V. G., Ivanov B. A. Domain-wall velocities above the Walker limit // Soviet Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters. 1982. Vol. 35. P. 101.

6. Dynamics of topological magnetic solitons: experiment and theory / V. G. Bar'yakhtar, M. V. Chetkin, B. F. Ivanov, S. N. Gadetkii // In Modern Physics. Springer - Verlag, 2006. Vol. 129.

7. Барьяхтар В. Г., Иванов Б. А., Четкин М. В. Динамика доменных границ в слабых ферромагнетиках // Успехи физических наук. 1985. Т. 146, № 7. С. 417–458.

8. Взаимодействие движущейся доменной границы в ортоферрите с волнами Лэмба / М. В. Четкин, А. П. Кузьменко, С. Н. Гадецкий, В. Н. Филатов, А. И. Ахуткина // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1983. Т. 37, № 5. С. 223– 226.

9. Иванов Б. А., Лапченко В. Ф., Сукстанский А. Л. Излучение рэлеевских волн и торможение доменных границ в слабых ферромагнетиках // Физика твердого тела. 1983. Т. 25, № 10. С. 3061–3065.

10. Жуков Е. А., Кузьменко А. П., Щербаков Ю. И. Торможение движущейся доменной границы в слабых ферромагнетиках // Физика твердого тела. 2008. Т. 50, № 6. С. 1033–1036.

11. Кузьменко А. П., Жуков Е. А., Щербаков Ю. И. Взаимодействие движущейся доменной границы с поверхностными магнитоупругими волнами в ортоферрите иттрия // Журнал технической физики. 2008. Т. 78, №. 11. С. 45–52.

12. 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, T. Li, A. V. Kaminskii // Phys. met. metallogr. 2008. Vol. 106, No. 2. P. 164–172.

13. Барьяхтар В. Г., Иванов Б. А., Сукстанский А. Л. Фононное торможение доменной границы в редкоземельном ортоферрите // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1978. Т. 75, 1978. № 6. С. 12.

14. Туров Е. А., Шавров В. Г. Нарушенная симметрия и магнитоакустические эффекты в ферро- и антиферромагнетиках // Успехи физических наук. 1983. Т. 140, № 7. С. 429–462.

15. Magneto-elastic waves in the orthoferrite plates induced by solitary domain wall / A. P. Kuzmenko, E. A. Zhukov, M. B. Dorbromyslov, A. Kaminskii // Rare Metals. 2007. Vol. 26, No. 5. P. 5–9.

16. Кузьменко А. П., Жуков Е. А., Ли Ц. Резонансное возбуждение магнитоупругих колебаний в ортоферритах одиночной доменной границей // Вестник ТОГУ. 2007. Т. 26, № 5. С. 5–9.

17. Звездин А. К., Мухин А. А. Магнитоупругие уединенные волны и сверхзвуковая динамика доменных границ // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1992. Т. 102, № 2. С. 577.

18. Микер Т., Мейтцлер А. Волноводное распространение в протяженных цилиндрах и пластинах // Физическая акустика / под ред. У. Мэзона. Ч. 1А. М.: Мир, 1966. С. 140–203.

19. Звездин А. К., Попков А. Ф. Магнитоупругие аномалии в динамике доменных границ в слабых ферромагнитах / ФИАН СССР. М., 1982. № 108. 65 с.

20. Викторов В. И. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. М.: Наука, 1981. 287 с.