Диссертация (Магниторефрактивный эффект и магнитооптические эффекты как бесконтактный метод исследования наноструктура), страница 12

4.1 и рис. 4.2 представлены результаты выполненного вприближении Бруггемана расчета действительной и мнимой частии соответственно для сплава Co-Al2O3 с концентрацией Coравной 45%, из которого видно, что в ближней ИК области спектраразмергранулоказываетзначительноевлияниенаспектрыдиагональной и недиагональной компонент эффективного ТДП, аследовательно и на оптические спектры. Чем меньше размер частиц,тем сильнее это влияние (Рис. 4.1, 4.2). Этот эффект проявляется120только при концентрациях гранул x = 0.4-0.6. Именно поэтому вранней работе [24] не обнаружено влияния размеров частиц нарассчитанные в МГ оптические спектры гранулированных сплавовпри x 0.2.

Следует также подчеркнуть, что чем меньше вкладмежзонных переходов в оптическую проводимость, тем больше рольразмерного эффекта, т.е. сильнее всего он проявляется в ближней ИКобласти спектра, где основной вклад внутризонных переходов.На рис. 4.3 представлены спектры экваториального эффектаКерра (ЭЭК)  (), рассчитанные для того же сплава. Параметр  ( )определяется как , так и  [12].

Как видно из рис. 4.3, размерныйэффект оказывает очень сильное влияние на МО спектры в ближнейИК области, изменяяих амплитуду и профиль. Столь сильноевлияние связано с тем, что  ( ) линейно зависит от , нелинейно от [12] и в обеих этих функциях как в реальной, так и в мнимой частяхпроявляется РЭ. Без учета РЭ в АЭХ изменения спектров за счет РЭ в и  одного порядка (Рис. 4.3) и как видно приводят к увеличениюЭЭК. Дополнительный учет РЭ в АЭХ может как усилить, так иослабить ЭЭК, что определяется знаком и121Рис.

4.1 Спектральная зависимость действительной и мнимой частейдиагональной компоненты ТДП в приближении Бруггемана (f = 0.45; формфактор L=0.31):…… - r0 =  (без учета размерного эффекта);----- - r0 = 7нм;_____- r0 = 4нм.122Рис. 4.2 Спектральная зависимость действительной и мнимой частейнедиагональной компоненты ТДП в приближении Бруггемана (x = 0.45; формфактор L=0.31):…… - r0 = 4 нм (полный размерный эффект);----- - r0 = 4нм (без учета вклада размерного эффекта в аномальный эффектХолла);_____-- r0 =  (без учета размерного эффекта).123Рис.4.3 Магнитооптические спектры экваториального эффекта Керра,рассчитанные в приближении Бруггемана (x= 0.45; L = 0.31; l = 2нм; r0 = 4нм;Rs/Rbulk = -20):----- - r0 =  без учета размерного эффекта;……- с учетом размерного эффекта для  согласно (2) при Co,mod=Co;____- с учетом размерного эффекта для  и  при Rgr=Rbulk;_____- с учетом полного размерного эффекта.124Рис.

4.4 Магнитооптические спектры экваториального эффекта Керра:теория (L3 = 0.33; l = 1.8нм; Rs/Rbulk = -3.75):------- - x = 0.49; L1 = 0.65; r0 = 2.2нм;_____- x= 0.48; L1 = 0.6; r0 = 2.3нм;эксперимент:круги - x = 0.49;прямоугольники - x= 0.52.величиной отношения Rs/Rbulk, т.е. структурой поверхностного слоягранул. Подчеркнем, что согласно экспериментальным данным погигантскому АЭХ [3], это отношение может достигать 103-104, чтодолжно приводить к значительным изменениям ЭЭК в ИК областиспектра.На рис. 4.4 приведено сравнение рассчитанных в СМГмагнитооптических спектров (x=0.49) с экспериментальными.12510Co0.66(CoO+Co2O3)0.3386ЭЭК*103420-2-41.52.02.53.03.5E,eVРис4.5Экспериментальные(кружочки)итеоретическиеспектрыэкваториального эффекта Керра для нанокомпозита Cox(CoO+Co2O3)1-x (x=0.66;r=2 нм; L=0.33; lbulk=2 нм; Rs/Rbulk=-2.75)Из рис.

4.4 видно, что учет полного квазиклассического РЭприводит к хорошему согласию с экспериментом.Другимнанокомпозитом,длямагнитооптические спектры ЭЭК сталикоторогорассчитывалисьгранулированные пленкиCo66(CoO+Co2O3)34 с размерами кристаллитов Co 2 нм. Выполненныерасчетыврамкахтеорииэффективной126средысучетомквазиклассического размерного эффекта [145] приведены на рис.4.5. Сначала из экспериментальных данных для пленок Co и CoOбылиопределеныдиагональныеxx и недиагональныеxyдиэлектрические функции для двух компонент в интервале энергий1.0-4.5 эВ. Диэлектрическая функция xx для малых гранулCoотличается от функции для массивного Co из-за рассеянияэлектронов на поверхности гранул, если длина свободного пробегаэлектронов l сравнима с радиусом гранулы [24] r0 и для xx,пропорциональной проводимости, это отличие находится по формуле(4.1). xyпропорциональна коэффициенту АЭХ R для частиц Co,который сильно зависит от размеров частиц rтак же каккоэффициент поверхности Co/CoO Rs (4.2, 4.3).

Имеется пятьпараметров: фактор заполнения x, форм-фактор частиц L, длинасвободного пробега l в массивном Co, размер частиц r0 и отношениекоэффициента АЭХ на поверхности Rs к значениюRbulkвмассивном Co. Фиксируя параметры x=0.66, L=0.33, r0 =2.0 нм, l=2.0нмв соответствии с литературными и экспериментальнымиданными, варьируется отношение Rs/Rbulk, так каквеличинаRsнеизвестна. Таким образом задача сводится к одному варьируемомупараметру.Хорошееэкспериментальнымисогласиеспектрамимеждурассчитаннымидостигаетсяприиразумныхзначениях отношения Rs/Rbulk.

Этот результат также подтверждает127важность учета влияния квазиклассического размерного эффекта наМО спектры гранулированных сплавов.Важно отметить, что при малых размерах гранул (<20нм)нужно будет рассматривать квантовый размерный эффект. Расчеткоторого опирается на квантовомеханический аппарат функцийГрина. В [148] был произведен такой расчет влияния размеров гранулна аномальный эффект Холла. Также в работе [149] былорассмотрено распределение гранул по размерам и влияние такогораспределения на перколяционный переход.Таким образом в данной главе теоретически обоснованаважность учета размерного эффекта в системах с большиманомальнымэффектомХолла,вчастностинанокомпозитов в ближней ИК области спектра.128длямагнитных4.4 Выводы к Главе 4.1.

Впервые теоретически обосновано, что размерный эффектоказывает существенное влияние на магнитооптический откликнанокомпозита(гранулированнойсистемы)вблизипорогаперколяции в ближней ИК области. При этом размерный эффектизменяет амплитуду, профиль и даже знак магнитооптическихэффектов в ближней ИК области спектра.2.Теоретически обоснована важность учета размерного эффекта всистемах с большим аномальным эффектом Холла, в частности длямагнитных нанокомпозитов.3.Произведен учет конфокальности эллипсоидальных частицсреды в симметризованном приближении Максвелла-Гарнетта, чтодаловозможностьэффективнойсредыкорректнееиописатьточнеезаполнениеописатьимеющиесяэкспериментальные спектры ферромагнитных нанокомпозитов.129ячеекГлава 5.

ОСОБЕННОСТИ МАГНИТОПРОХОЖДЕНИЯ ИМАГНИТООТРАЖЕНИЯНАНОСЛОЯХ.ВОСОБЕННОСТИМАГНИТООПТИЧЕСКИХМЕТАЛЛИЧЕСКИХОПТИЧЕСКИХСПЕКТРОВИГИБРИДНЫХМУЛЬТИСЛОЕВ.В пятой главе теоретически изучены магнитопропускание имагнитоотражение многослойной плёнки, состоящей из нанослоёв Crи Fe в рамках теории магниторефрактивного эффекта и представленырезультаты расчета оптических и магнитооптических спектровгибридных мультислоев. Для нанослоёв Cr и Fe показано, что нарядус толщиной большое влияние как на величину, так и спектральнуюзависимость магнитопропускания и магнитоотражения, оказываетэффективное время релаксации, плазменная частота и параметрспиновой асимметрии. Доказано, что даже для тонких пленок,обладающихнезначительныммагнитосопротивлением(МС),эффекты магнитоотражения и магнитопропускания превышаюттрадиционные магнитооптические эффекты, что обусловливаетперспективность этих новых эффектов для создания устройствмагнитофотоники.1305.1РасчетымагнитопрохождениямагнитоотраженияметаллическихинанослоевFe/Cr.Эффект гигантского магнитопоглощения или магнитопропускания(МП)наблюдается в материалах, обладающих колоссальныммагнитосопротивлением, например, в монокристаллах магнитныхполупроводников HgCr2Se4 [150], в монокристаллах и плёнкахманганитов лантана [151, 152].

Величина эффекта в этих материалахдостигает десятки процентов, что делает их перспективными дляпрактическихпримененийвоптоэлектронике[153,154].Магнитопропускание – изменение пропускания света образцом поддействием магнитного поля MT=(TH-T0)/T0, где TH,0 – пропусканиепри наличии и в отсутствие поля – было обнаружено и в трёхслойнойплёнке Cr/Fe/Cr, обладающей гигантским магнитосопротивлением[99]. В отличии от плёнок манганитов лантана с колоссальнымотрицательнымотрицательнымнесмотрянамагнитосопротивлениеммагнитопропусканием,отрицательныйзнакивгигантскимтрёхслойкеCr/Fe/Crмагнитосопротивления,магнитопропускание является положительным.Эффекты магнитопропускания и магнитоотражения в системах сгигантским, туннельным и колоссальным магнитосопротивлениемпринято связывать с проявлениями магниторефрактивного эффекта131(МРЭ).

Так как, по определению, диэлектрическая проницаемостьлинейно зависит от частотно-зависящей проводимости, то длялюбого материала со значительным магнитосопротивлением индексырефракции и все оптические явления будут зависеть от внешнегомагнитного поля. Этот эффект, являющийся высокочастотныманалогоммагнитосопротивления,иестьМРЭ.Однако,магнитоотражение и магнитопропускание в тех же системах могутопределяться и другими механизмами, как, например, влияниеммагнитногополянаэлектроннуюструктуру,концентрациюносителей, на интенсивность межзонных переходов и др.Расчеты проводились для многослойной структуры Cr(толщинаd=28 Å)/Fe(36 Å)/Cr(12.7 Å)/Fe(18 Å)/ Cr(12.7 Å)/Fe(36 Å)/Cr(28 Å),которая была выращена на монокристаллической подложке Al2O3методом молекулярно-лучевой эпитаксии на установке «Катунь-С» всверхвысоком вакууме при оптимальном температурном режиме, прикотором формируется наиболее совершенная атомная структураинтерфейсов [34].