Dynamics of vortices in magnetic nanodots and nanocavities. I. Motion with zero angular momentum

Анотація

Досліджено динаміку вихрових пар, які складаються з двох магнітних вихорів з однаковими та протилежними топологічними зарядами, у циліндричних магнітних наноточках та нанопорожнинах плівок легкоплощинних феромагнетиків. Вони є нанорозмірними циліндричними областями магнітної плівки з товщиною, більшою (магнітна наноточка) або меншою (магнітна нанопорожнина) за решту магнітної плівки. Магнітні властивості такого циліндричного дефекту враховано шляхом варіювання ефективної обмінної взаємодії в циліндричній області модельної двовимірної системи. Аналіз проведено у межах класичної теорії магнетизму для феромагнетика з одноіонною магнітною анізотропією типу «легка площина». Розв’язано магнітостатичну задачу для розподілу поля намагніченості вихрової пари всередині наноточки. Динаміку вихрових пар досліджено у межах наближення колективних змінних, а також рівнянь Тіля та Никифорова–Соніна. Знайдено інтеграли руху (енергію та кутовий момент) і вивчено динаміку вихрових пар якісними методами аналізу динамічних систем у усіх інтервалах допустимих значень цих інтегралів. У простому випадку відсутності сумарного кутового моменту цю динаміку досліджено чисельними методами. Також визначено залежність характеристик руху вихорів від параметрів наноточки, а саме від співвідношення енергій обмінної взаємодії всередині та поза нею. Показано, що рух вихрової пари у наноточці є двочастотним. За відсутності кутового моменту отримано залежності частот відносного руху вихорів у парі від значень інтегралів руху та характеристик наноточки. Отримані результати для магнітної системи зіставлено з експериментальними даними для аналогічної фізичної системи — пари вихорів Онзагера у краплі бозе-ейнштейнівського конденсату.