ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ ДОМЕНЫ

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 гекса-ферритах, предложение о практич. использовании Ц. м. д. в вычислит,
технике относится к 1967. На практике Ц. м. д. получают в тонких (1-100
мкм)
плоскопараллельных
пластинах (плёнках) моно-кристаллич. ферримагнетиков (ферриты-гранаты)
или аморфных ферромагнетиков (сплавы d- и f-переходных элементов
с
единственной осью лёгкого намагничивания, направленной перпендикулярно
поверхности пластины). Магнитное поле, формирующее Ц. м. д. (п о л е п
о д м а г-ничивания), прикладывается по оси лёгкого намагничивания. В отсутствии
внеш. 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

Рис. 1. Изолированный цилиндрический магнитный
домен (/) в пластине магнетика (2) с одной осью лёгкого намагничивания.
Н - подмагничиваю-шее поле, направление к-рого совпадает с осью лёгкого
намагничивания, J -намагниченность магнетика(знаки + н - указывают
на различие в направлении намагниченности).

Рис. 2, а - лабиринтная доменная
структура магнитоодноосных пластин в отсутствии магнитного поля, наблюдаемая
под микроскопом в поляризованном свете (размер доменов ок. 10 мкм);
б - цилиндрические магнитные домены, образовавшиеся при помещении пластины
в подмагнп-чивающее поле.

Ц. м. д. (рис. 2, б). Вектор намагниченности
Ц. м. д. J ориентируется вдоль оси лёгкого намагничивания.

Изолированные Ц. м. д. существуют в определённом
интервале полей подмаг-ничивания, к-рый составляет неск. процентов от величины
намагниченности насыщения материала. Ниж. граница интервала устойчивости
соответствует переходу Ц. м. д. в домены иной 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 намагниченности 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 максимальную
величину; при дальнейшем увеличении подмагничивающего поля радиус Ц. м.
д. уменьшается, а при нек-ром поле Нсжимающие
силы начинают превышать растягивающие и Ц. м. д. исчезают (коллапсируют)
(рис. 3). 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.

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.

В однородном поле подмагничивания Ц. м.
д. неподвижны, в поле, обладающем пространственной неоднородностью, они
перемещаются в область с меньшей напряжённостью поля. Существует предельная
скорость перемещения Ц. м. д., для разных веществ составляющая от 10 до
1000 м/сек. Скорость Ц. м. д. ограничивают процессы передачи энергии
от движущихся Ц. м. д. кристаллич. 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. визуально наблюдаются
под микроскопом в поляризованном свете (используется Фарадея эффект).

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 Ц. м. д. в данном месте плёнки. Существуют магнитные
плёнки, в к-рых диаметр Ц. м. д. менее 0,5 мкм, что позволяет, в
принципе, осуществлять запись информации с плотностью более 10' 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-1-, Y-I- или V-образной
(шевронной) формы, накладываемых непосредственно на плёнку с Ц. м. д.

Рис. 4. Схемы перемещения цилиндрических
магнитных доменов (.1 ) на пермаллоевых аппликациях (2) Т-I-образного
(a), Y-1-об-разного (б) и шевронного 'V-образного) (в) профилей. Нупр
- управляющее магнитное поле.

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.

Аппликации намагничивают вращающимся в
плоскости плёнки управляющим магнитным полем Нупр (рис. 4) так, что в требуемом
направлении возникает градиент поля, обеспечивающий перемещение Ц. м. д.
Схемы управления перемещением Ц. м. д. 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 Ц. м. д., работающих на
принципе локального пере-магничивания материала импульсным магнитным 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 магнито-резистивном эффекте (см. Магнетосо-противление).
Магниторезистивный
детектор Ц. м. д. представляет собой аппликацию спец. формы из проводящего
материала (напр., пермаллоя), сопротивление к-рого зависит от действующего
на него магнитного 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.

Лит.: В о b e с k A. H., 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 ' D е 1 1 Т. H., Magnetic bubbles,
L., 1974; Bobeck A. H., D е 1 1 a Torre E., Magnetic bubbles, Amst., 1975;
Bo-beck A. H., В о n у h a r d P. I., G e u-s i с J. E., Magnetic bubbles
- an emerging new memory technology, "Proceedings of the Institute of Electrical
and Electronics Engineers", 1975, v. 63, № 8; Б о я р ч е н-к ов М. А.,
Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники, М., 1976. Ф.
В. Лисовский.