Выпуск 6, 2024

Исследование динамики доменных границ в прозрачных ферромагнетиках методом высокоскоростной фотографии

Т. Б. Шапаева

Работа посвящена исследованиям динамики доменных границ и магнитных вихрей, возникающих в доменных границах прозрачных ферромагнетиков. Вначале дан обзор методов исследования динамики перемагничивания. Из всего многообразия этих методов для более подробного рассмотрения был выбран метод высокоскоростной фотографии на основе эффекта Фарадея, поскольку он позволяет наблюдать динамическую доменную структуру и определять скорость движения доменных границ с высокой точностью. Для оптимального использования выбранного метода в работе описаны экспериментальные исследования динамики перемагничивания в материалах с высокой магнитооптической добротностью: пленки Bi-содержащего феррита-граната, GdFeCo и ортоферрит иттрия. Выбор указанных материалов обусловлен тем, что в них наблюдаются высокие скорости движения доменных границ и магнитных вихрей, величина которых может достигать 1,2 км/с в GdFeCo, порядка 10 км/с в ферритах гранатах и до 20 км/с в ортоферрите иттрия. Кроме того, в ферритах-гранатах наблюдается периодическая лабиринтная доменная структура, позволяющая использовать магнитооптическую дифракцию для изучения динамики доменных границ с высоким пространственным разрешением.

А. П. Орешко$^1$, В. А. Бушуев$^1$, М. А. Андреева$^1$, Е. Н. Овчинникова$^1$, Р. А. Баулин$^1$, К. А. Акимова$^1$

Обсуждаются новые рентгеновские методы, позволяющие исследовать, в том числе и в динамике, особенности электронного, ядерного, магнитного, спинового упорядочения в слабопоглощающих биологических объектах и молекулах, наночастицах и атомах на поверхности и внедренных в различные матрицы, многослойных наноструктурах и переходных слоях, нанофасетных поверхностях и пористых материалах, локально анизотропных и локально хиральных средах.

А. С. Каминский$^1$, А. А. Карпачева$^1$, Т. Б. Косых$^1$, Н. В. Мясников$^1$, Е. П. Николаева$^1$, А. В. Николаев$^1$, А. П. Пятаков$^1$, А. С. Сергеев$^1$

В магнитоэлектрических веществах к традиционно рассматриваемым взаимодействиям в микромагнетизме --- обменной жесткости, магнитной анизотропии и магнитостатическому взаимодействию следует добавить еще одно слагаемое в термодинамический потенциал, пропорциональное электрическому полю и пространственным производным от вектора намагниченности. Это неоднородное магнитоэлектрическое взаимодействие приводит к изменению энергии границ магнитных доменов, проявляющейся в виде явлений электростатического притяжения или отталкивания магнитных доменных стенок к электродам, их преломления вблизи полосковых электродов, а также в форме электроиндуцированного зарождения цилиндрических магнитных доменов. На субмикронном уровне неоднородное магнитоэлектрическое взаимодействие позволяет электрически воздействовать на неоднородности в доменных границах --– линии Блоха, а также стабилизировать вихревое состояние намагниченности и магнитные скирмионы

Т. А. Наджарьян$^{1,2}$, С. А. Костров$^{1,2}$, Е. Ю. Крамаренко$^{1,2}$

Магнитоактивные полимерные композиты – полимерные матрицы с внедренными в них магнитными микро- или/и наночастицами – принадлежат к классу «умных» материалов и привлекают в настоящее время большой фундаментальный и практический интерес. В данной статье основное внимание уделяется магнитоактивным эластомерам (МАЭ), основанным на химически сшитых полимерных системах, исследования которых проводятся на физическом факультете МГУ с конца 90-х годов 20-го века. Дается определение МАЭ и описываются свойства его основных компонентов – полимерной матрицы и магнитных частиц. Приводится обзор физических явлений, обнаруженных в данных материалах при приложении внешнего магнитного поля. Подробно обсуждается влияние состава материала на его магнитный отклик с акцентом на магнито-механических свойствах, которые наиболее важны для практических применений. Анализируются результаты недавних исследований, связанных с созданием новых матриц для МАЭ, влияние формы и распределения магнитных частиц в полимерной матрице, а также современные теоретические подходы к описанию поведения МАЭ во внешнем магнитном поле. В заключении обсуждаются перспективы дальнейшего развития области, связанной с разработкой магнитоактивных полимерных материалов, и перспектив их практического применения.

А. О. Курбатов, Н. К. Балабаев, Е. Ю. Крамаренко

Дендримеры – сверхразветвленные молекулы регулярного древовидного строения – принадлежат к относительно новому классу полимерных материалов. Они привлекают все возрастающий интерес благодаря уникальным свойствам, определяемым их структурными особенностями. На сегодняшний день полного фундаментального понимания взаимосвязи структуры и свойств этих необычных объектов еще не достигнуто. Компьютерное моделирование, в основе которого лежит метод молекулярной динамики с использованием атомистического подхода, является эффективным методом исследования, позволяющим получить детальную информацию о внутримолекулярном устройстве дендримеров, природе межмолекулярных взаимодействий и отклике на внешние воздействия. В статье приводится обзор достижений в области теоретического и экспериментального изучения конформационного поведения дендримеров. Основное внимание уделяется подходам к компьютерному моделированию дендримеров и результатам, полученным в ходе наших исследований кремнийсодержащих дендримеров, а именно, полибутилкарбосилановых и полисилоксановых, в растворах, расплавах и на межфазных границах. Выбор этих объектов обусловлен отсутствием в их структуре групп со специфическими взаимодействиями, что делает их перспективными модельными системами для выявления общих закономерностей влияния регулярной древовидной структуры дендримеров на их равновесные и динамические свойства. Полученные результаты могут быть использованы для направленной разработки новых материалов на основе дендримеров.

Н. Ю. Панкратов$^1$, Г. А. Политова$^{2,3}$, И. С. Терёшина$^1$, С. А. Никитин$^1$

В обзоре приводятся экспериментальные данные и их теоретическое обсуждение для объемной магнитострикции, индуцированной внешним магнитным полем в редкоземельных металлах и сплавах в области магнитных фазовых переходов. Магнитострикция парапроцесса исследовалась выше температуры Кюри. Из этих данных была получена зависимость обменных интегралов от объема элементарной ячейки. Было также обнаружено, что в области магнитного фазового перехода в редкоземельных металлах (РЗМ) и сплавах имеет место гигантская по величине объемная магнитострикция. Установлено, что в бинарных сплавах RСо2 с высоким содержанием РЗМ гигантская объемная магнитострикция обусловлена возрастанием магнитного момента 3d-подрешетки кобальта в магнитных полях выше критического. Показано, что в интерметаллидах типа R2Fe17 гигантская объемная магнитострикция в области температуры Кюри возникает из-за сильной деформационной зависимости как интегралов обменного взаимодействия, так и ширины 3d-электронной зоны.

А. С. Шуруп

Представлен обзор важнейших результатов, полученных за последнее время на физическом факультете МГУ в области развития методов акустической томографии природных сред с учетом специфики гидро- и сейсмоакустических приложений. Выделяются наиболее актуальные проблемы, сложившиеся в этой области исследований, предлагаются подходы к их решению. Теоретически проработаны и экспериментально апробированы новые методы решения задач сейсмогидроакустической томографии слоистой геофизической среды вида «литосфера–гидросфера–ледовый покров», использующие информацию о векторно-фазовой структуре акустического поля. Описываются возможности и ограничения активных и пассивных томографических методов по данным с одиночных приемников, регистрирующих естественные шумы в широкой полосе частот. Предложены и численно исследованы новые подходы к решению задачи модовой томографии неоднородного движущегося океана на основе функционально-аналитических методов решения обратных задач рассеяния. Представленные результаты позволяют упростить технические сложности и снизить стоимость проведения томографического эксперимента, что открывает возможности повсеместного применения методов акустической томографии как в научно-исследовательской деятельности, так и для решения сугубо прикладных задач.

М. И. Трибельский$^1$, Б. С. Лукьянчук$^2$

Дается краткий обзор современного состояния проблемы сингулярностей электромагнитного поля, возникающих при преломлении и рассеянии света материальными объектами. Обсуждение начинается с каустик, возникающих при трассировке лучей в геометрической оптике, и последовательно движется в сторону увеличения точности рассмотрения и уменьшения масштабов, заканчиваясь описанием сингулярностей при рассеянии света субволновыми частицами. Выявляются общие и отличительные черты различного типа сингулярностей, роль симметрии задачи и закона сохранения энергии. Обсуждаются физические основы и способы преодоления дифракционного предела. Теоретическое описание иллюстрируется экспериментальными примерами. Указываются различные практические применения рассматриваемых эффектов.

И. В. Яминский

Благодаря изобретению в 1981 году Гердом Биннигом и Хайнрихом Рорером туннельного микроскопа на свет появилась целая индустрия сканирующей зондовой микроскопии с уникальными возможностями и широким спектром аппаратуры для изучения материи с субнанометровым пространственным разрешением в вакууме, на воздухе и в жидкостях. Одним из предметов пристального наблюдения стали объекты живой природы:биомолекулы, вирусы, бактерии, клетки, нервная ткань и пр. Таким образом, появился новый раздел физических измерений – бионаноскопия, сканирующая зондовая микроскопия биологических объектов. Методы, аппаратура, объекты бионаноскопии – предмет настоящей статьи.

О. Н. Мельникова

Приведен обзор экспериментальных и численных исследований пограничного слоя потоков воды и воздуха, скорость которых убывает вдоль по течению. Экспериментально установлено, что обратный градиент давления в потоках воды и воздуха приводит к периодическому торможению пограничного слоя плоскопараллельного течения. В процессе торможения деформируется вертикальный профиль скорости: появляется локальный минимум, расположенный между двумя точками перегиба выше вязкого слоя. Показано, что в тонком слое, содержащем верхнюю точку перегиба, плоскопараллельное течение неустойчиво, что подтверждено в эксперименте – в этом слое зафиксировано формирование цилиндрического вихря, при критическом значении обратного градиента давления в конце цикла торможения. Получены параметры цепочки вихрей, исследована деформация вихрей в потоке со сдвигом скорости, воздействие вихрей на подстилающую поверхность. Получены физические механизмы формирования гряд на размываемой поверхности потоком воды и генерации ветровых волн на первоначально плоской поверхности воды, формирования стены воды и грунта в потоках при прорыве плотины.

М. А. Носов$^{1,2}$, А. В. Большакова$^1$, С. В. Колесов$^1$, К. А. Семенцов$^1$

В обзоре даны базовые представления об очаге землетрясения, представлены эмпирические закономерности, связывающие размеры площадки разрыва, величину подвижки и энергию сейсмических волн с магнитудой землетрясения. Обсуждена сложная и неоднозначная связь между магнитудой землетрясения и интенсивностью цунами по шкале Соловьева-Имамуры. Приведены некоторые эмпирические закономерности, связывающие размеры очага цунами, высоту начального возмущения водной поверхности и энергию цунами с магнитудой землетрясения. На основе аналитического решения задачи о генерации гравитационных волн движениями дна и физических оценок показано, что ведущая роль в генерации волн цунами сейсмическими движениями дна принадлежит остаточным смещениям дна, которые происходят в нормальном к поверхности дна направлении. Описана модель, предполагающая аппроксимацию очага цунамигенного землетрясения прямоугольной площадкой разрыва, а также подход к описанию генерации цунами с использованием данных о структуре подвижки в очаге землетрясения. На основе данных о структуре подвижки в очагах сильных подводных землетрясений (200 источников) найдены эмпирические связи амплитуды смещения дна в очаге цунами, вытесненного объема воды и энергии цунами с моментной магнитудой землетрясения. Показано, что доля энергии землетрясения, переходящая к цунами, растет с увеличением магнитуды и составляет от 0.004% (при ) до 0.1% (при ). Показано, что горизонтальные смещения дна, как правило, обеспечивают дополнительный вклад в вытесненный объем воды и энергию цунами.