Цилиндрические магнитные домены

Определение "Цилиндрические магнитные домены" в Большой Советской Энциклопедии

Генерирование и перемещение цилиндрических магнитных доменов (схема)

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 конце 50-х гг. 20 в. в ортоферритах и гексаферритах, предложение о практическом использовании Цилиндрические магнитные домены в вычислительной технике относится к 1967. На практике Цилиндрические магнитные домены получают в тонких (1—100 мкм) плоскопараллельных пластинах (плёнках) монокристаллических ферримагнетиков (ферриты-гранаты) или аморфных ферромагнетиков (сплавы d- и f-переходных элементов с единственной осью лёгкого намагничивания, направленной перпендикулярно поверхности пластины). Магнитное поле, формирующее Цилиндрические магнитные домены (поле подмагничивания), прикладывается по оси лёгкого намагничивания. В отсутствии внешнего подмагничивающего поля доменная структура пластин имеет неупорядоченный лабиринтообразный вид (рис. 2, а). При наложении подмагничивающего поля домены, не имеющие контакта с краями пластины, стягиваются и образуют Цилиндрические магнитные домены (рис. 2, б). Вектор намагниченности Цилиндрические магнитные домены J ориентируется вдоль оси лёгкого намагничивания.

Лабиринтная доменная структура магнитоодноосных пластин

Изолированные Цилиндрические магнитные домены существуют в определённом интервале полей подмагничивания, который составляет несколько процентов от величины намагниченности насыщения материала. Нижняя граница интервала устойчивости соответствует переходу Цилиндрические магнитные домены в домены иной формы, верхняя — исчезновению (коллапсу) Цилиндрические магнитные домены Устойчивое существование Цилиндрические магнитные домены обусловлено равновесием трёх сил: силы взаимодействия намагниченности Цилиндрические магнитные домены с полем подмагничивания; силы, связанной с существованием у Цилиндрические магнитные домены стенок (аналогична силе поверхностного натяжения); наконец, силы взаимодействия намагниченности Цилиндрические магнитные домены с размагничивающим полем остальной части магнетика. Первые две силы стремятся сжать Цилиндрические магнитные домены, а третья — растянуть. В момент формирования радиус Цилиндрические магнитные домены имеет максимальную величину; при дальнейшем увеличении подмагничивающего поля радиус Цилиндрические магнитные домены уменьшается, а при некотором поле Н_к сжимающие силы начинают превышать растягивающие и Цилиндрические магнитные домены исчезают (коллапсируют) (рис. 3). Реальные размеры Цилиндрические магнитные домены зависят, помимо поля подмагничивания, от физических параметров материала и толщины плёнки. В центре интервала устойчивости диаметр Цилиндрические магнитные домены примерно равен толщине плёнки.

Область устойчивого существования цилиндрических магнитных доменов

В однородном поле подмагничивания Цилиндрические магнитные домены неподвижны, в поле, обладающем пространственной неоднородностью, они перемещаются в область с меньшей напряжённостью поля. Существует предельная скорость перемещения Цилиндрические магнитные домены, для разных веществ составляющая от 10 до 1000 м/сек. Скорость Цилиндрические магнитные домены ограничивают процессы передачи энергии от движущихся Цилиндрические магнитные домены кристаллической решётке, спиновым волнам и т.п., а также взаимодействие Цилиндрические магнитные домены с дефектами в кристаллах (с уменьшением числа дефектов скорость увеличивается). Цилиндрические магнитные домены визуально наблюдаются под микроскопом в поляризованном свете (используется Фарадея эффект).

Перемещение цилиндрических магнитных доменов (схемы)

  Тонкие эпитаксиальные плёнки (см. Эпитаксия) смешанных редкоземельных ферритов-гранатов и аморфные плёнки сплавов d- и f-металлов начинают применяться в запоминающих устройствах цифровых вычислительных машин (для записи, хранения и считывания информации в двоичной системе счисления). Нули и единицы двоичного кода при этом изображаются соответственно присутствием и отсутствием Цилиндрические магнитные домены в данном месте плёнки. Существуют магнитные плёнки, в которых диаметр Цилиндрические магнитные домены 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 Цилиндрические магнитные домены 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 Цилиндрические магнитные домены Аппликации намагничивают вращающимся в плоскости плёнки управляющим магнитным полем Н_упр (рис. 4) так, что в требуемом направлении возникает градиент поля, обеспечивающий перемещение Цилиндрические магнитные домены Схемы управления перемещением Цилиндрические магнитные домены при помощи пермаллоевых аппликаций работают на частотах изменения управляющего поля около 1 Мгц, что соответствует скорости записи (считывания) информации ~ 1 Мбит/сек. Запись информации осуществляется с помощью генераторов Цилиндрические магнитные домены, работающих на принципе локального перемагничивания материала импульсным магнитным полем тока, пропускаемого по проводнику в форме шпильки. Одна из возможных схем генерации и перемещения Цилиндрические магнитные домены показана на рис. 5. Для считывания информации в запоминающих устройствах на Цилиндрические магнитные домены используют детекторы, работающие на магниторезистивном эффекте (см. Магнетосопротивление). Магниторезистивный детектор Цилиндрические магнитные домены представляет собой аппликацию специальной формы из проводящего материала (например, пермаллоя), сопротивление которого зависит от действующего на него магнитного поля. Проходя детектор, Цилиндрические магнитные домены своим полем изменяют его сопротивление, что можно зарегистрировать по изменению падения напряжения на детекторе. Запоминающие устройства на Цилиндрические магнитные домены обладают высокой надёжностью и низкой стоимостью хранения единицы информации. Применение Цилиндрические магнитные домены — один из возможных путей развития ЭВМ.

Цилиндрические магнитные домены

Лит.: Bobeck А. Н., Properties and device applications of magnetic domains in ortho-ferrites, «The Bell system Technical Journal», 1967, v. 46, № 8; Цилиндрические магнитные домены в магнитоодноосных материалах. Физические свойства и основы технических применений, «Микроэлектроника», 1972, т. 1, в. 1 и 2; О" Dell Т. Н., Magnetic bubbles, L., 1974; Bobeck A. Н., Delia Torre E., Magnetic bubbles, Amst., 1975; Bobeck A. Н., Bonyhard P. I., Geusic J. E., Magnetic bubbles — an emerging new memory technology, «Proceedings of the Institute of Electrical and Electronics Engineers», 1975, v. 63, № 8; Боярченков М. А., Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники, М., 1976.
  Ф. В. Лисовский.

Цилиндрический магнитный домен в пластине магнетика

Рис. 3. Область устойчивого существования цилиндрических магнитных доменов. По оси ординат отложено отношение напряжённости поля подмагничивания к намагниченности насыщения магнетика, по оси абсцисс - отношение толщины пластины к её характеристической длине.


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


Рис. 2а. Лабиринтная доменная структура магнитоодноосных пластин в отсутствии магнитного поля, наблюдаемая под микроскопом в поляризованном свете (размер доменов ок. 10 мкм).

I-oбразного (а), Y—I-oбразного (б) и шевронного (V-oбразного) (в) профилей. Нупр — управляющее магнитное поле." href="/a_pictures/18/10/231054638.jpg">I-oбразного (а), Y—I-oбразного (б) и шевронного (V-oбразного) (в) профилей. Нупр — управляющее магнитное поле."http://iodine.atomistry.com/">I-oбразного (а), Y—I-oбразного (б) и шевронного (V-oбразного) (в) профилей. Нупр — управляющее магнитное поле." src="a_pictures/18/10/th_231054638.jpg">
Рис. 4. Схемы перемещения цилиндрических магнитных доменов (1) на пермаллоевых аппликациях (2) Т—I-oбразного (а), Y—I-oбразного (б) и шевронного (V-oбразного) (в) профилей. Нупр — управляющее магнитное поле.