ВКР: Магнитооптические свойства наномультислойных структур - нанокомпозит вблизи порога перколяции - кремний

Введение
Устойчивый интерес к наноструктурам обусловлен возможностью значительной модификации и принципиального изменения качеств известных материалов при переходе в нанокристаллическое состояние. Созданные благодаря нанотехнологиям новые наноразмерные магнитные материалы проявляют ряд необычных свойств: гигантское магнитосопротивелние (ГМС), гигантский магнитный импеданс (ГМИ) [1], аномальный эффект Холла (АЭХ) [2], сильный магнитооптический (МО) отклик [3] и аномальные оптические эффекты [4]. Объектом интенсивных экспериментальных и теоретических исследований является вопрос взаимного влияния состава и микроструктуры на магнитные, магнитооптические и магнитотранспортные свойства наногетероструктур. Несмотря на большое количество работ[5,6,7,8], до сих пор нет достаточной ясности в понимании процессов, сопровождающих структурную перестройку вещества, так как трудно предсказать свойства пленок, в которых значительную роль играют взаимодействия наночастиц между собой, с матрицей и с подложкой, при огромном влиянии размерных и поверхностных эффектов, накладываемых частицами, их границами и поверхностью пленок. В связи с этим актуальными оказываются экспериментальные методы, позволяющие получить представление о внутренней структуре таких материалов и особенностях магнитного взаимодействия в них. Оптические и магнитооптические методы являются наиболее простыми, эффективными и информативными при исследовании наноструктур. МО методы обладают рядом достоинств, главное из которых состоит в том, что в отличие от оптических, они чувствительны к спину, что позволяет выделить, к какой спиновой зоне относится данный оптический переход. МО методы чувствительны к наличию магнитных неоднородностей, к изменению формы размера частиц, к их объемному распределению и к появлению новых магнитных фаз. Таким образом, детальные исследования магнитооптических свойств наногетероструктур, в зависимости от состава и технологии получения, необходимы для понимания общих закономерностей формирования физических свойств наноструктур. Это приведет к реализации практических задач и, в первую очередь, для конструирования материалов с заданными магнитными и МО параметрами. А также для разнообразных применений материалов в современных элементах памяти и интегральной оптики, в качестве управляемых элементов оптических трактов и магнитооптических устройств, в лазерной технике и т.д.

1. Литературный обзор
1.1. Гранулированные нанокомпозиты
Впервые концепция наноматериалов была сформулирована Глейтером [9], который ввел в научный обиход и сам термин (сначала как нанокристаллические материалы [10], потом наноструктурные, а также нанофазные, нанокомпозитные и т. д.). За прошедшие почти 20 лет идеи наноструктурного материаловедения и само содержание понятия «наноматериалы» получили дальнейшее развитие. В данной работе речь пойдет, в основном, о ферромагнитных нанокомпозитах, интерес к которым связан в первую очередь с эффектом гигантского магнитосопротивления. Необычные физические свойства гранулированных наноструктур обнаружены в электрических, магнитных, оптических и магнитооптических эффектах. Это и концентрационные изменения электросопротивления [11], и нелинейные изменения оптических [12] и магнитооптических [13] свойств, и гигантский магниторефрактивный эффект [14], и корреляция магнитотранспортных и нелинейно-оптических эффектов [15] и т.д.
Гранулированными магнитными материалами называют твердые тела, содержащие ферромагнитные гранулы, размещенные в немагнитной матрице, которая может быть как изолятором и проводником, так и полупроводником. Гранулированные материалы имеют сложную структуру нанометрового масштаба (размеры гранул составляют от нескольких нанометров до сотен нанометров). Этот предел связан с тем, что многочисленные исследования выявили значительные изменения физико-механических свойств наноматериалов (прочности, твердости, коэрцитивной силы и др.) в интервале размеров зерен от нескольких до 100 нм [16,17]. Изменяя размер и материал гранул, а также объемное содержание ферромагнитных включений, можно манипулировать физическими свойствами нанокомпозитов. При этом изменять их столь значительно, что появляются возможности не только изучать разнообразные физические явления, но и использовать эти материалы в современной технике, как высокочувствительные магниторезистивные датчики и миниатюрные магнитные головки для записи и считывания информации [18], селективные усилители и модуляторы света [19], приемники теплового излучения [20-22] и электрохромные дисплеи [23], поглощающие покрытия, материалы для биологических и медицинских приложений и т.д. Нанокомпозиционные материалы также могут быть использованы в качестве сверхчувствительных датчиков температуры, поскольку температурная зависимость электросопротивления у них обещает получить большую чувствительность, чем у применяемых в настоящее время угольных и полупроводниковых термодатчиков примерно на порядок. Характерной особенностью гранулированных