Особенностью тонких пленок является то, что при малой толщине их направление легкого намагничивания оказывается расположенным в плоскости пленки. Образуются плоские домены. Для очень тонких пленок характерна однодоменная структура, для плёнок свыше 10^-3–10^-2мм (у разных веществ) – многодоменная, состоящая из длинных узких доменов (шириной от долей микрометров до нескольких микрометров), намагниченных в противоположных направлениях. Под воздействием внешнего поля вся система полос может перемещаться и поворачиваться. И ее используют как управляемую дифракционную решетку для света и ближайшего диапазона волн электромагнитного спектра.

Под перемагничиванием будем понимать процесс, при котором ферромагнитный образец, намагниченный до насыщения в одном направлении, под воздействием внешнего магнитного поля намагничивается в противоположном направлении. Для получения полной картины явлений, наблюдаемых при перемагничивании ферромагнитной пленки, проанализируем основные этапы этого процесса. Удобно начать знакомство с изменений, происходящих в пленке под влиянием магнитного поля, если она вначале находится в размагниченном состоянии. В этом случае пленка оказывается разбитой на отдельные области (домены), намагниченные до насыщения. Магнитные моменты доменов распределены так, что результирующий магнитный момент образца равняется нулю. Такому состоянию соответствует минимум суммарной энергии пленки. При воздействии на пленку внешнего магнитного поля происходит перераспределение магнитных моментов доменов, вследствие чего тонкопленочный образец приобретает магнитный момент, величина которого возрастает с увеличением магнитного поля. Происходит намагничивание пленки.

Для конкретности допустим, что тонкая магнитная пленка обладает одноосной анизотропией с осью легкого намагничивания, лежащей в ее плоскости. Доменная структура такой пленки в размагниченном состоянии показана на рис. 1. Домены имеют вид широких полос, разделенных междоменными границами. Векторы намагниченности в соседних доменах имеют противоположные направления и ориентированы вдоль оси легкого намагничивания Намагниченностью называется магнитный момент единицы объема ферромагнетика. Напомним, что при ориентации векторов намагниченности вдоль оси легкого намагничивания энергия одноосной анизотропии минимальна. Приложим к пленке вдоль оси легкого намагничивания плавно возрастающее магнитное поле. В доменах, у которых векторы намагниченности ориентированы противоположно напряженности внешнего поля , плотность энергии окажется больше, чем в доменах с намагниченностью, направленной по полю. Следовательно, эти домены станут энергетически невыгодными. Пленка может перейти в состояние с меньшей энергией, если домены с намагниченностью, направленной по направлению поля, начнут увеличиваться за счет невыгодно ориентированных доменов. Поэтому, когда магнитное поле достигает определенной величины, происходит движение доменных границ, которое приводит к сужению "невыгодных" доменов и увеличению объема соседних. Пленка в целом оказывается намагниченной. У такого образца результирующая намагниченность совпадает с направлением вектора напряженности магнитного поля и равна разности магнитных моментов антипараллельных доменов, деленной на объем всей пленки.

На первом этапе намагничивания пленки, когда магнитное поле слабое, наблюдаются относительно небольшие смещения отдельных доменных границ. В более сильных полях величина их смещения резко возрастает и размеры выгодно ориентированных доменов начинают быстро увеличиваться за счет соседних областей. В относительно узком интервале полей происходит значительный рост намагниченности пленки. Наблюдается линейный ход зависимости М от Н. В магнитном поле еще большей величины оставшиеся невыгодно ориентированные домены продолжают уменьшаться в размерах и постепенно исчезают. Происходит так называемое техническое насыщение ферромагнетика. Завершающая стадия намагничивания пленки дает относительно небольшой прирост М. Наблюдается нелинейный ход зависимости М от Н . Кривая, характеризующая зависимость намагниченности от величины Н, называется начальной кривой намагничивания. Поле, соответствующее техническому насыщению образца, называется полем насыщения Н_s, а намагниченность - намагниченностью насыщения М_s. Форма кривой намагничивания в большой степени зависит от характера протекания процессов изменения доменной структуры в магнитном поле. В тонких магнитных пленках намагничивание часто происходит в результате нескольких больших скачков доменных границ. В этом случае линейная часть кривой намагничивания имеет небольшой наклон и наблюдается узкий интервал нелинейного хода кривой М(Н). В пленках толщиной более 100 нм под действием магнитного поля сначала происходит исчезновение невыгодно ориентированных доменов, расположенных в центральной части образцов. На краях остаются клиновидные домены с намагниченностью, направленной против направления магнитного поля.
Завершающий этап намагничивания происходит в результате медленного "подавления" клиновидных доменов в более сильных полях. Соответственно уменьшается крутизна кривой намагничивания и расширяется интервал нелинейного хода кривой М(Н). В полях выше технического насыщения идет последний этап намагничивания, который называется парапроцессом. Возрастание М происходит за счет поворота к направлению поля спиновых магнитных моментов отдельных электронов, находящихся внутри намагниченных до технического насыщения областей.

 

Термомагнитный метод записи информации применяется на пленках, обладающих перпендикулярной анизотропией, то есть на образцах, у которых ось легкого намагничивания направлена перпендикулярно их поверхности. Он основан на использовании зависимости некоторых параметров пленки от ее температуры. Пленка предварительно намагничивается до насыщения по нормали к ее плоскости (исходное состояние). Затем к ней прикладывается магнитное поле противоположного направления. Запись информации осуществляется путем нагрева отдельных участков пленки, которая находится в магнитном поле . Нагревание производится кратковременным воздействием лазерного луча. Поле подбирается с таким расчетом, чтобы при отсутствии нагрева пленки его величина была недостаточной для перемагничивания пленки. При достаточно высокой температуре участка пленки происходит существенное изменение его магнитного состояния, например может в 3-4 раза уменьшаться коэрцитивная сила. Это приводит к тому, что нагретые участки пленки будут перемагничиваться. Ненагретые области обладают более высокой коэрцитивной силой и не изменяют своего состояния. То есть при одновременном воздействии лазерного излучения и магнитного поля в рабочем слое носителя формируются области с намагниченностью, ориентированной противоположно направлению пленки в исходном состоянии. Эти области и представляют собой записанную информацию.

Минимальные размеры области, соответствующей одному биту информации, определяются диаметром сфокусированного светового луча. Векторы намагниченности в перемагниченных участках направлены по нормали к плоскости пленки. Следовательно, разноименные полюсы перемагниченных участков расположены на противоположных сторонах рабочего слоя носителя. Поэтому магнитные поля от соседних неперемагниченных участков будут стабилизировать состояние перемагниченного участка. Это позволяет заметно уменьшить минимальные размеры стабильных доменов. В результате перпендикулярная запись обеспечивает в несколько раз более высокую плотность записи по сравнению с продольной. Следует отметить, что пленки с перпендикулярной анизотропией используются и в магнитной записи. Считывание информации осуществляется магнитооптическим методом или индукционным с помощью магнитных головок. При использовании магнитооптического метода считывания лазерный луч направляется на поверхность пленки. После отражения луч регистрируется фотоприемником. Благодаря специальному устройству, применяемому в данном случае, интенсивность отраженного луча, который попадает в фотоприемник, зависит от направления намагниченности в участках пленки. Это позволяет определить намагниченные и перемагниченные области магнитного носителя. В качестве рабочего слоя у магнитооптических носителей могут использоваться аморфные пленки, полученные из сплавов редкоземельных элементов (тербий, гадолиний, диспрозий) с переходными металлами (железо, кобальт).

Система магнитной записи состоит из носителя записи и взаимодействующих с ним магнитных головок. На рисунке 1 показаны носитель и головка записи кольцевого типа. Головка состоит из сердечника с обмоткой. В сердечнике имеется зазор шириной 0,1-10 мкм. При включении в обмотку тока записи (входной сигнал) в области зазора возникает магнитное поле рассеяния (поле записи), которое воздействует на прилегающую к головке область рабочего слоя движущегося магнитного носителя, например магнитной ленты.

В цифровой магнитной записи, используемой в компьютерной технике, в магнитную головку поступает ток, при котором поле записи через определенные промежутки времени изменяет свое направление на противоположное. В результате под действием поля рассеяния магнитной головки происходят намагничивание и перемагничивание отдельных участков движущегося магнитного носителя. При периодическом изменении направления поля записи в рабочем слое носителя возникает цепочка чередующихся участков с противоположным направлением намагниченности, которые соприкасаются друг с другом одноименными полюсами. В итоге сигнал, поступающий в головку записи, оставляет на движущемся носителе след, то есть магнитную запись. Рассмотренный вид записи, когда участки рабочего слоя носителя перемагничиваются вдоль его движения, называется продольной записью. Носители магнитной записи с продольным намагничиванием - магнитные ленты, жесткие и гибкие магнитные диски - составляют основную массу используемых в мире накопителей информации. Они играют важнейшую роль в современной науке, технике и промышленности, являясь одним из функциональных элементов вычислительной техники.

Для воспроизведения записанной информации применяются магнитные головки, которые называются воспроизводящими. Их устройство такое же, как и головок записи. В накопителях на магнитных дисках в основном используются универсальные головки, то есть устройства, с помощью которых осуществляются как запись, так и воспроизведение информации. Считывание информации происходит при движении магнитного носителя относительно головки воспроизведения. В этих условиях часть магнитного потока от участков носителя замыкается через сердечник магнитной головки. Во время движения носителя перед зазором головки проходят участки с противоположной ориентацией намагниченности. Поэтому магнитный поток в сердечнике периодически изменяется и в обмотке головки наводится ЭДС (выходной сигнал). Таким образом, статическое распределение намагниченности в магнитном слое носителя преобразуется в электрический сигнал.