Effect of acoustic oscillations on non-equlibrium state of magnetic domain walls in cubic Ni-Mn-Ga single crystal

Abstract

[eng] Hysteresis in ferroic materials is a manifestation of non-equlibrium states of domain walls (DW): DWs are trapped in local energy minima. Depending on the intrinsic parameters of the system (height of the energy barriers) and external factors like temperature, DWs can be “frozen” in these metastable states or relax towards global energy minimum. Thermal fluctuation magnetic aftereffect is a classic example of magnetic domain wall relaxation in ferromagnets. In the present work we argue that acoustic oscillations in a ferromagnet, after application of magnetic field, can athermally move magnetic domain walls into a more stable configuration. We use in experiments stoichiometric Ni2MnGa single crystals from the classical family of NiMn-Ga magnetic shape memory alloys. The absorption of ultrasound versus strain amplitude is studied after a series of step-like increases of polarizing magnetic field followed by its decrease in the reverse sequence. A new phenomenon observed in the present work is “triggering” of the motion of magnetic DWs, trapped in the metastable states after step-like variation of polarizing field, by acoustic oscillations in the nonlinear range of magnetic DW motion. In an attempt to confirm the observed effect we also determine the coercive field of magnetization hysteresis through the measurements of the reversible Villari effect. We show that the width of the hysteresis decreases when the acoustic oscillations in the non-linear range of DW motion are applied to the sample. The reported effect is explained in terms of periodic stress anisotropy field induced by ultrasonic oscillations.

[spa] La histéresis en materiales ferroicos es una manifestación de estados de no equilibrio de las paredes de dominio magnético (PDM): las PDM están atrapadas en mínimos locales de energía. Dependiendo de los parámetros intrínsecos del sistema (altura de las barreras energéticas) y factores externos como la temperatura, las PDM pueden estar ‘congeladas’ en estos estados metaestables o relajarse hacia mínimos globales de energía. La secuela magnética de fluctuación térmica es un ejemplo clásico de la relajación de las PDM en materiales ferromagnéticos. En el presente trabajo discutimos que las oscilaciones acústicas en un material ferromagnético, tras la aplicación de un campo magnético, pueden mover las PDM atérmicamente a una configuración más estable. En los experimentos usamos monocristales de Ni2MnGa estequiométrico de la clásica familia de aleaciones magnéticas con memoria de forma de Ni-Mn-Ga. La absorción de ultrasonidos versus amplitud de deformación se estudia tras una serie de aumentos paso a paso del campo magnético polarizante seguida de una disminución con la secuencia inversa. Un nuevo fenómeno observado en este trabajo es la ‘activación’ del movimiento de las PDM, atrapadas en los estados metaestables tras la variación paso a paso del campo polarizante, a causa de oscilaciones acústicas en el rango no lineal del movimiento de las PDM. En un intento de confirmar el efecto observado, también determinamos el campo coercitivo de la histéresis magnética a través de medidas del efecto Villari reversible. Mostramos que la anchura de la histéresis disminuye cuando se le aplican a la muestra oscilaciones acústicas en el rango no lineal del movimiento de las PDM. Dicho efecto se explica a través del campo anisótropo de estrés periódico inducido por oscilaciones ultrasónicas.