The calculation algorithm of sublattise magnetizations in two-sublattice ferrimagnet with compensation point. Part 1. Phase diagram

Abstract

The calculation algorithm of sublattice magnetizations in two-lattice ferromagnet with compensation point is proposed. On the basis of preceding works review it is put the task about calculation of sublattices in individuality. It is investigated the general scheme of whole ferrimagnet magnetization forming which contains two magnetic sublattices both connected by exchange interaction. In geometry of axis symmetry along constant field direction it is investigated the orientational dependence of sublattices magnetization from applied field. It is found the forming conditions of anti-parallel and parallel collinear phases and corner phase between its. It is proposed the model presentation of magnetization dependence from temperature which contain the degree index dependence of general temperature to Curie temperature relation for each sublattice individual. For the simplicity and clear appearance of presentation the power index was choose. It is established the conditions which are necessary for forming the temperature compensation point. It is found the dependencies of deflection corners of each sublattices magnetization from field direction in accounting the given temperature. The decision of proposed excitation for magnetic field allows to find the boundaries of sublattice system transition between phases. On the basis of proposed temperature dependencies of critical transition fields it is drawing the phase diagram of two-sublattice ferrimagnet. It is found two settled on field one above other branches. The lower branch correspond to anti-parallel phase and upper branch correspond to parallel phase. It is found that lower branch contain sufficient quantity of information for to determine the individual both sublattice magnetization. It is proposed the methodic for calculation the individual sublattice magnetization based on the character temperature values and summary magnetizations. On the lower branch marked four character points which correspond to four temperatures and two values of summary magnetization. With using these points it is founded the equation system which allows to determinate the individual magnetizations values. It is proposed some recommendations for further development of investigations.

• mixed garnet ferrite
• Compensation temperature
• Sublattice magnetization

Аннотация (на русском)

Алгоритм определения намагниченностей подрешеток двухподрешеточного ферримагнетика с точкой компенсации. Часть 1. Фазовая диаграмма

Рассмотрен алгоритм определения намагниченностей подрешеток двухподрешеточного ферримагнетика с точкой компенсации. На основе обзора предшествующих работ поставлена задача определения намагниченностей подрешеток по отдельности. Рассмотрена общая схема формирования полной намагниченности ферримагнетика, содержащего две магнитные подрешетки, связанные обменным взаимодействием друг с другом. В геометрии осевой симметрии вдоль направления постоянного поля рассмотрена зависимость ориентации намагниченностей подрешеток от поля. Отмечены условия формировании антипараллельной и параллельной коллинеарных фаз, а также угловой фазы между ними. Введено модельное представление зависимости намагниченности от температуры, включающее в себя степенную зависимость отношения общей температуры к температуре Кюри для данной подрешетки по отдельности. Для простоты и наглядности представления показатель степени положен равным двум. Отмечены условия, необходимые для формирования температурной точки компенсации. Получены зависимости углов отклонения векторов намагниченности той и другой подрешеток от поля с учетом заданной температуры. Решение полученного уравнения для магнитного поля позволило определить границы переходов системы подрешеток между фазами. На основе полученных температурных зависимостей критических полей переходов построена фазовая диаграмма двухподрешеточного ферримагнетика. Отмечены две расположенные по полю друг над другом ветви, нижняя из которых соответствует антипараллельной фазе, а верхняя - параллельной. Установлено, что нижняя ветвь содержит в себе достаточное количество информации для определения намагниченностей той и другой решеток по отдельности. Предложена методика определения намагниченностей подрешеток по отдельности на основе характерных значений температур и суммарных намагниченностей. На нижней ветви отмечены четыре характерные точки, соответствующие четырем температурам и двум значениям суммарной намагниченности. С использованием этих точек получена система уравнений, решение которой позволило определить значения намагниченностей подрешеток по отдельности. Приведены некоторые рекомендации по дальнейшему развитию работы.

For citation

References

1. Лакс Б., Баттон К. Сверхвысокочастотные ферриты и ферримагнетики. М.: Мир. 1965.
2. Гуревич А.Г. Ферриты на сверхвысоких частотах. М.: Гос.Изд.физ.-мат.лит. 1960.
3. Гуревич А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. М.: Наука. 1973.
4. Гуревич А.Г., Мелков Г.А. Магнитные колебания и волны. М.: Физматлит. 1994.
5. Моносов Я.А. Нелинейный ферромагнитный резонанс. М.: Наука. 1971.
6. Курушин Е.П., Нефедов Е.И. Применение тонких монокристаллических пленок ферритов в устройствах СВЧ микроэлектроники. // Микроэлектроника. 1977. Т.6. №6. С.549-561.
7. Гласс Х.Л. Ферритовые пленки для СВЧ-устройств. // ТИИЭР. 1988. Т.76. №2. С.64-72
8. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Магнитостатические волны в неоднородных полях. М.: Физматлит. 2016.
9. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Магнитостатические и электромагнитные волны в сложных структурах. М.: Физматлит. 2017.
10. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Ферромагнитный резонанс в условиях ориентационного перехода. М.: Физматлит. 2018.
11. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Динамика намагниченности в условиях изменения ее ориентации. М.: Физматлит. 2019.
12. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Спиновые волны в средах с обменом и диссипацией. М.: Физматлит. 2021.
13. Шавров В.Г., Щеглов В.И., Иванов А.П. Нелинейные колебания в задаче возбуждения гиперзвука. Сыктывкар: ООО "Коми республиканская типография". 2021.
14. Лисовский Ф.В. Физика цилиндрических магнитных доменов. М.: Сов.Радио. 1979.
15. О'Делл Т. Ферромагнитодинамика. Динамика ЦМД, доменов и доменных стенок. М.: Мир. 1983.
16. Малоземов А., Слонзуски Дж. Доменные стенки в материалах с цилиндрическими магнитными доменами. М.: Мир. 1982.
17. Магниторезистивная оперативная память. Электронный ресурс: ru.wikipedia.org/wiki/магниторезистивная оперативная память.
18. Романова И. Магниторезистивная память MRAM компании Everspin Technologies. // Электроника НТБ. 2014. №8.
19. Logunov M., Safonov S., Fedorov A., Danilova A., Moiseev N., Safin A., Nikitov S., Kirilyuk A. Domain wall motion across magnetic and spin compensation points in magnetic garnets. // Phys. Rev. Appl. 2021. V.15. P.064024.
20. Gerasimov M.V., Logunov M.V., Nikitov S.A., Nozdrin Yu.N., Spirin A.V., Tokman I.D. Experimental observation of domain wall motion induced by laser pump-pulse. // Book of Abstracts of Moscow International Symposium on Magnetism (MISM). Moscow. 2017. Published by "Изд-во Физ.фак. МГУ". Moscow. P.36.
21. Kirilyuk A., Kimel A.V., Rasing T. Ultrafast optical manipulation of magnetic order. // Rev. Mod. Phys. 2010. V.82. №3. P.2731.
22. Bigot J.V., Vomir M. Ultrafast magnetization dynamics of nanostructures. // Ann. Phys. (Berlin). 2013. V.525. №1-2. P.2.
23. Jäger J.V., Scherbakov A.V., Linnik T.I., Yakovlev D.R., Wang M., Wadley P., Holy V., Cavill S.A., Akimov A.V., Rushforth A.W., Bayer M. Picosecond inverse magnetostriction in garfenol thin films. // Appl. Phys. Lett. 2013. V.103. №3. P.032409(5).
24. Walowski J., Münzenberg M. Perspective: Ultrafast magnetism and THz spintronics. //j. Appl. Phys. 2016. V.120. №14. P.140901(16).
25. Власов В.С., Голов А.В., Котов Л.Н., Щеглов В.И., Ломоносов А.М., Темнов В.В. Современные проблемы сверхбыстрой магнитоакустики. // АЖ (Акустический журнал). 2022. Т.68. №1. С.22-56.
26. Белов К.П., Зайцева М.А. Редкоземельные магнитные материалы. // УФН. 1972. Т.106. №2. С.365-369.
27. Белов К.П., Звездин А.К., Кадомцева А.М., Левитин Р.З. Переходы спиновой переориентации в редкоземельных магнетиках. // УФН. 1976. Т.119. №3. С.447-486.
28. Белов К.П., Звездин А.К., Кадомцева А.М., Левитин Р.З. Ориентационные переходы в редкоземельных магнетиках. М.: Наука. 1979.
29. Zvezdin A.K. Field induced phase transitions in ferromagnets. // Handbook of Magnetic Materials. V.9. Elsevier Science. 1995.
30. Davydova M.D., Zvezdin K.A., Kimel A.V., Zvezdin A.K. Ultrafast spin dynamics in ferromagnets with compensation point. //j. Phys. Cond. Matt. 2020. V.32. №1. Article No. 01LT01. DOI: 10.1088/1361-648X/ab42fa.
31. Geprags S., Kehlberger A., Coletta F.D. et al. Origin of the spin Seebeck effects in compensated ferromagnets. // Nat.Commun. 2016. V.7. Article No. 10452. DOI: 10.1038/ncomms10452.
32. Gonzales J.A., Andres J.P., Anton R.L. Applied trends in magnetic rare earth / transition metal alloys and multilayers. // Sensors. 2021. V.21. №16. P.5615. DOI: 10.3390/s21165615.
33. Medapalli R., Razdolski I., Savoini M et al. The role of magnetization compensation point for efficient ultrafast control of magnetization in Gd24Fe66.5Co9.5 alloy. // Europ. Phys. J. B. 2013. V.86. №4. Article No. 183. DOI: 10.1140/epjb/e2013-30682-6.
34. Белов К.П. Ферримагнетики со "слабой" магнитной подрешеткой. // УФН. 1996. Т.166. №6. С.660-681.
35. Clark A.E., Callen E. Neel ferromagnets in large magnetic fields. //j. Appl. Phys. 1968. V.39. №13. P.5972-5082.
36. Звездин А.К., Попков А.Ф. Магнитный резонанс в ферримагнетиках с точкой компенсации. // ФТТ. 1974. Т.16. №4. С.1082-1089.
37. Вонсовский С.В., Шур Я.С. Ферромагнетизм. М.: ОГИЗ Гостехиздат. 1948.
38. Anderson F.B., Callen H.R. Statistical mechanics and field-induced phase transition of the Heisenberg antiferromagnet. // Phys. Rev. 1964. V.136. №4A. P.A1068-A1087.