Чудеса самоорганизации магнитных доменов кносский лабиринт и греческий орнамент в модели Гинзбурга-Ландау

В конце 80-х годов прошлого века, на волне интереса к синергетике, внимание специалистов по микромагнетизму привлекли работы группы Г.С. Кандауровой, описанные в обзоре [1], в которых был приведен яркий пример самоорганизации в мире магнитных доменов: неупорядоченная лабиринтная доменная структура пленок ферритов-гранатов под действием переменного низкочастотного (0.1 – 10 кГц) магнитного поля образует устойчивые динамические структуры, такие как кольцевые концентрические доменные конфигурации и спиральные домены. Однако условия зарождения спиральных доменов в неупорядоченной доменной структуре исследованы недостаточно, также вызывает дискуссии механизм образования спиральных доменов. Недавняя работа Д.С. Мехоношина и Л.А. Памятных из Уральского федерального университета [2] позволяет по-новому взглянуть на эти явления.

В качестве метода исследования авторами [2] выбрана модифицированная модель Гинзбурга?Ландау. Как известно, эта феноменологическая теория, используя простую идею разложения энергии в ряд по степеням параметра порядка, оказалась очень эффективным инструментом при анализе фазовых переходов. В модифицированной модели, использованной [2], в качестве параметра порядка вводится скалярная величина, равная нормальной компоненте приведенного вектора намагниченности пленки. Использование только одной компоненты вектора намагниченности существенно уменьшает время расчетов по сравнению с полномасштабным микромагнитным моделированием и позволяет рассматривать динамику областей большого размера (десятки и сотни периодов доменной структуры) на больших временных интервалах (десятки периодов магнитного поля).

Данная методика позволила воспроизвести образование замысловатой, как лабиринт Минотавра, системы спиральных доменов с плотной упаковкой (рис. 1а), выявить амплитудные и частотные диапазоны существования такого рода структур. Любопытный эффект возникает в области, где постоянное магнитное поле неоднородно: на стыке областей с монодоменным состоянием (рис. 1б) в области, где постоянное магнитное поле по модулю меньше поля насыщения, можно наблюдать “греческий орнамент” в виде цепочки спиральных доменов.

Работа [2] также заставила по-новому взглянуть на сам механизм образования динамических структур. Так, долгое время считалось, что причиной образования спиральных доменов является гиротропная сила, которая приводит к закрутке конца растущего полосового домена, равно как и к боковому сносу движущегося цилиндрического домена (подобно тому, как эффект Магнуса отклоняет летящий мяч). Однако в рамках модели, рассмотренной в данной работе, гиротропная сила возникнуть не может, поскольку параметр порядка описывается скалярной величиной. Таким образом, формирование спирального домена может быть связано исключительно с неустойчивостями формы доменов, вызываемых магнитостатическим взаимодействием.

А. Пятаков

1. Г.С.Кандаурова, УФН 172, 1165 (2002).

2. Д.С.Мехоношин, Л.А.Памятных, Письма в ЖЭТФ 120, 260 (2024).

ПерсТ, 2024, том 31, выпуск 9

Источник: vk.com

Комментарии: