磁性工学特论

第2回(4/22)の復習前回の復習なぜ初磁化状態では磁化がないのか：磁区磁区はなぜできるか：

磁極、反磁界、静磁エネルギー

磁気異方性

交換相互作用磁化のメカニズム：磁壁移動、磁化回転磁区の観察第3回で学ぶこと磁区と磁壁の基礎縞状磁区：正負の磁極に分かれ反磁界が隣同士で打ち消す環流磁区：磁極が出ないので反磁界がない。磁区観察の歴史マイクロマグネティクス磁壁：180

磁壁、90

磁壁磁区観察法磁気記録の基礎(1)磁区の概念の歴史磁区の考え：Weissが提唱P.Weiss:J.Phys.6,661(1907)バルクハウゼンノイズ：巨視的磁化が多くの細かい不連続磁化から成立H.Barkhausen:Phys.Z.20,401(1919)マイクロマグネティックス

micromagnetics自発磁化をもつ強磁性体が有限な形状をもつときに、その内部のスピン分布を第１原理から解く計算手法[W.F.Brown,Jr.;J.Appl.Phys.11,160(1940),Phys.Rev.58,736(1940)]安定なスピン分布は、静磁エネルギーUmag、交換エネルギーUex、磁気異方性エネルギーUa、磁気弾性エネルギーUelの総和U=Umag+Uex+Ua+Uel

を極小にすることによって与えられる。マイクロマグネティクスによる磁区構造静磁エネルギーは下がるが交換エネルギーが増加磁極が生じ静磁エネルギーが上がる環流磁区縞状磁区磁区と磁区の境界に磁壁エネルギーを貯えている磁区の単位表面積あたりの静磁エネルギー磁壁のエネルギーε=εm+εwを極小にする。磁区の寸法180゜磁壁と90゜磁壁１８０ﾟ磁壁：その両側で磁化の向きが１８０ﾟ変化している磁壁９０ﾟ磁壁：その両側で磁化の向きが９０ﾟ変化している磁壁磁壁と磁壁移動磁壁と磁壁移動磁壁と磁壁移動磁壁と磁壁移動磁壁と磁壁移動磁壁と磁壁移動磁壁と磁壁移動磁壁と磁壁移動磁壁と磁壁移動磁壁と磁壁移動磁壁と磁壁移動磁壁と磁壁移動磁壁と磁壁移動ブロッホ磁壁とネール磁壁薄膜では、ブロッホ磁壁は磁極が生じるのでネール磁壁が一般的磁化回転と保磁力非可逆回転磁化過程ポテンシャルエネルギー＝磁気異方性エネルギー＋静磁エネルギー

E=-Kucos2(

0)+IsHcos

釣り合いの条件

E/=0

安定な釣り合い

2E/

2>0不安定な釣り合い

2E/

2<0非可逆回転に移る条件

2E/

2=0

Is

H

0磁化回転と保磁力つづきこれらより、圧力p=IsHc/Kuとして

sin2(

0)=psin

;cos2(

0)=pcos

sin2

0=(1/p2)((4-p2)/3)3/2

0=0,/2のときp=2→Hc=2Ku/Is

0=/4のときp=1→Hc=Ku/Is磁壁移動と保磁力/s=p=2IsHcos

復元力が圧力と釣り合うHc=(/s)max/2Iscos

磁壁のエネルギー

=2{A(K1-(3/2)

0cos2(s/l)}1/2

/s=2

0

/lHc=

0/Iscos

普通の磁性体では=10-5,Is=1-2[T],cos

～1,

0=109[N/m2]を代入してHc=3104[A/m]磁区観察法粉末図形法(Bitterpattern)、電界研磨法磁気カー効果顕微鏡近接場磁気光学顕微鏡ローレンツ電子顕微鏡スピン偏極電子顕微鏡干渉電子顕微鏡(電子線ホログラフィー)X線磁気光学顕微鏡磁気力顕微鏡（MFM)スピン偏極走査型トンネル顕微鏡(SP-STM)BitterPattern磁気カー効果顕微鏡ファラデー効果を用いた

磁区のイメージング検光子偏光子対物レンズ試料穴あき電磁石光源CCDカメラファラデー効果で観察した(Gd,Bi)3(Fe,Ga)5O12の磁区NHK技研玉城氏のご厚意によるCCDカメラによる磁気光学イメージング磁性ガーネットの磁区の変化コントロールユニット(SPI

3700)アルゴンレーザ信号発生器ロックインアンプコンピュータXYZスキャナバイモルフフィルタ試料フォトダイオード光電子増倍管半導体レーザ光ファイバプローブ検光子補償子PEMダイクロイックミラー偏光子プローブ先端部近接場磁気光学顕微鏡MO-SNOMによる

0.2mマークのトポ像と磁気光学像MO像ラインプロファイルトポ像電子線ホログラフィ丹司（名大）によるCo単磁区粒子ＮＳバリウムフェライト単磁区粒子連鎖状Fe微粒子X線磁気光学顕微鏡

Fig.1ExperimentaldeterminationofspinandorbitalmomentsinthinFe-layersviatheX-MCDeffect6).

Fig.3M-TXMimageofalayeredGd/Fesystempreparedonto325nmPolyimidsubstrate9,10)

Fig.4SamemultilayeredGd/FesystemasFigure3preparedon30nmSi3N4membranesFischer(独)によるDomainimageofMOmediaobservedusingXMCDofFeL3-edgeSiN(70nm)/TbFeCo(50nm)/SiN(20nm)/Al(30nm)/SiN(20nm)MO媒体

N.Takagi,H.Ishida,A.Yamaguchi,H.Noguchi,M.Kume,S.Tsunashima,M.Kuma