Диссертация (Магниторефрактивный эффект и магнитооптические эффекты как бесконтактный метод исследования наноструктура), страница 2

Исследовалась его поляризационнаяи угловая зависимости.2. Теория магниторефрактивного эффекта была развита дляманганитов в видимой и ИК области спектра в широком диапазонеконцентраций.3. Проводилось исследование оптических и магнитооптическихсвойств гибридных мультислоев114. Были развиты, с учетом размерного эффекта, методыэффективной среды для расчета оптических и магнитооптическихспектров ферромагнитных нанокомпозитов.5. Рассчитывалась термоэдс в магнитных гранулированныхсплавах с туннельным типом проводимости6.Вчастотномдиапазоне30-50ГГцрассчитывалсякоэффициент прохождения электромагнитных волн через пленкимагнитных нанокомпозитов ”ферромагнитный металл-диэлектрик”,обладающихтуннельныммагниторефрактивныммагнитосопротивлениемэффектом.Рассмотреныслучаи,икогдаобразцы находятся вблизи и вдали ферромагнитного резонанса.Все полученные результаты сравнивались с экспериментальными.Научная новизна работы1.Построена теория магниторефрактивного эффекта внанокомпозитах.

Показано, что магниторефрактивныйэффект в нанокомпозитах обусловлен туннельныммагнитосопротивлением и может на два порядкапревышатьтрадиционныемагнитооптическиеэффекты ( например, экваториальный эффект Керра вферромагнетиках).122.Впервыерассмотренывозможностиусилениямагниторефрактивного эффекта. Доказано, что вусловиях интерференции, а также при использованиинаноструктурвкачестведефектавфотонныхкристаллах величина магниторефрактивного эффектазначительно возрастает.3.Развита,основаннаянадвухфазноймоделипроводимости, теория МРЭ в манганитах.4.Выполнены модельные расчеты магнитопропусканияи магнитоотражения многослойной плёнки, состоящейизнанослоёвCrиFeврамкахтеориимагниторефрактивного эффекта.

Показано, что нарядус толщиной большое влияние как на величину, так испектральную зависимость магнитопропускания имагнитоотражения, оказывает эффективное времярелаксации, плазменная частота и параметр спиновойасимметрии. Доказано, что даже для тонких пленок,обладающих незначительным магнитосопротивлением(МС),эффектымагнитопропусканиямагнитооптическиемагнитоотраженияипревышаюттрадиционныеэффекты(например,экваториальный эффект Керра для ферромагнетиков),13чтообусловливаетперспективностьэтихновыхэффектов для создания устройств магнитофотоники.5.Впервые теоретически обосновано, что размерныйэффектоказываетоптическийисущественноевлияниемагнитооптическийнаоткликгранулированной системы вблизи порога перколяции вближней ИК области. При этом размерный эффектизменяетамплитуду,профильидажезнакмагнитооптических эффектов в ближней ИК областиспектра.6.Теоретически обоснована важность учета размерногоэффекта в системах с большим аномальным эффектомХолла, в частности для магнитных нанокомпозитов.7.Расчет оптических и магнитооптических спектровгибридных систем показал, что аномально высокоеоптическое поглощение и высокая магнитооптическаяактивность в гибридных мультислоях связаны сблизостью композиционного состава слоев к порогуперколяции и наличием интерференции.8.Вчастотномдиапазоне30-50ГГцисследованкоэффициент прохождения электромагнитных волнчерезпленкимагнитных14нанокомпозитов”ферромагнитныйтуннельнымметалл-диэлектрик”,обладающихмагнитосопротивлениемимагниторефрактивным эффектом.Показано, что природа полевой зависимости термоэдс9.в магнитных гранулированных сплавах Co-Al2O3 и FeAl2O3 с туннельным типом проводимости связанас туннельной термоэдс.

Туннельная термоэдс мала,приблизительно линейно зависит от температуры иот квадратанамагниченности.Впервыеполученаформула для ее полевой зависимости.Практическая значимостьПрактическаяценностьдиссертациизаключаетсявследующем:Всерассчитанныевеличиныиформыоптическихимагнитооптических спектров и магниторефрактивного эффектанаходятся в хорошем качественном и количественном согласии сэкспериментальными данными.Результаты работы могут найти применение для объясненияоптических и магнитооптических свойств систем металл-металл,металл-диэлектрик,гибридныхметалл-полупроводник,мультислоевмногослойныхферромагнитныймагнитныхсистемиманганитов, для бесконтактного контроля твердотельных элементов15памяти, сенсоров с магнитосопротивлением, а такжедля поискановых материалов с повышенным оптическим и МО откликом.Основные положения, выносимые на защиту• 1.

Магниторефрактивный эффект (МРЭ) в манганитах инанокомпозитахделаетобусловленвозможныммагнитосопротивлением,использованиееговчтокачествебесконтактного метода измерения магнитосопротивления.• 2.Величинамагниторефрактивногоманганитах, нанокомпозитах иэффекта(МРЭ)вмногослойных плёнках,состоящих из нанослоёв Cr и Fe превышает традиционныемагнитооптическиеэффекты(например,экваториальныйэффект Керра для ферромагнетиков) и может достигатьдесятков процентов.• 3.

Зависимостимагниторефрактивного эффекта (МРЭ) отмагнитосопротивления, оптических свойств тонких пленкок икристаллов, а также форм-фактора частиц эффективной средывманганитахинанокомпозитах.Расчетамипродемонстрировано, что данная корреляция наиболее ярковыражена в ближней ИК области спектра. Возможностьиспользованияданногоэффекта16вкачествеважногоинструментаизмерениямагнитосопротивленияидругихоптических и магнитооптических характеристик манганитов.• 4. В области высоких частот изменение коэффициентапрохождения в магнитном поле через пленки магнитныхнанокомпозитов ферромагнитный металл-диэлектрик, прямопропорционально туннельному магнитосопротивлениювблизи,такивдалиферромагнитногокакрезонанса.Магниторефрактивный эффект (МРЭ) в таких системах можетдостигать значения вплоть до 100%.• 5.

Магниторефрактивный эффект (МРЭ) в магнитофотонныхкристаллах может достигать значения вплоть до 100%, если вкачестве дефекта использовать пленки манганитов.• 6.Показано,что,наспектральнуюзависимостьмагниторефрактивного эффекта (МРЭ) многослойной плёнки,состоящей из нанослоёв Cr и Fe наряду с толщиной большоевлияние оказывает эффективное время релаксации, плазменнаячастота и параметр спиновой асимметрии. Теоретическидоказано,чтодажедлятонкихпленок,незначительным магнитосопротивлением (МС),магнитоотраженияимагнитопропусканияобладающихэффектыпревышаюттрадиционные магнитооптические эффекты, что обусловливает17перспективность этих новых эффектов для создания устройствмагнитофотоники.• 7.Внанокомпозитахразмерныйэффектоказываетсущественное влияние на оптический и магнитооптическийотклик, изменяя его амплитуду, профиль и даже знак вблизипорога перколяции в ближней ИК области.• 8.

Аномально высокое оптическое поглощение и высокаямагнитооптическая активность в гибридных мультислояхсвязаны с близостью композиционного состава слоев к порогуперколяции и наличием интерференции.• 9. Природа полевой зависимости термоэдс в магнитныхгранулированных сплавах с туннельным типом проводимостисвязана с туннельной термоэдс, для которой впервые полученаформулаполевойзависимости.Расчетамипродемонстрировано, что туннельная термоэдс приблизительнолинейнозависитоттемпературынамагниченности.18иот квадратаГлава 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ1.1Магнитооптические эффекты1.2Магнитооптика изучает явления, возникающие в результатевзаимодействия оптического излучения с веществом, находящимся вмагнитном поле.

Наличие магнитного поля изменяет дисперсионныекривые коэффициента поглощения и показателя преломления иприводит к появлению или изменению оптической анизотропиисреды. Большинство магнитооптических эффектов является прямымили косвенным следствием расщепления уровней энергии системы(снятия вырождения) во внешнем магнитном поле. Непосредственноэто расщепление проявляется в эффекте Зеемана - расщеплении вмагнитном поле спектральных линий оптических переходов. Вседругие магнитооптические эффекты по сути являются следствиемэффектаЗееманаисвязанысособенностямиполяризацииоптических переходов и с закономерностями распространения светав среде, обладающей дисперсией [40].Магнитооптическиеразличнымиспособами.эффектыМожноможноразделитьклассифицироватьихнаэффекты,наблюдающиеся на проходящем через магнитный кристалл свете, и19эффекты влияния на отраженный от кристалла свет. Можно такжеразделить магнитооптические эффекты на продольные и поперечные по характеру распространения света относительно вектора I S ( I S намагниченность насыщения).

К продольным относится эффектФарадеяиэффектыприполярномимеридиональномнамагничивании, к поперечным – эффект Фохта и эффекты приэкваториальномнамагничивании.Важнымтакжеявляетсяразделение магнитооптических эффектов на четные и нечетные понамагниченности I . Из представленных на Рис. 1.1 квадратичнымипо намагниченности являются эффект Фохта и ориентационныймагнитооптическийэффект,остальныеэффектывпервомприближении зависят от намагниченности линейно.В 1845 г. Фарадей открыл первый магнитооптическийэффект[41].ЭффектФарадеяобусловленкруговымдвупреломлением, т. е.

различием показателей преломления длялево- и правополяризованного по кругу света, что вызывает поворотплоскостиполяризацииипоявлениеэллиптичностилинейнополяризованного света. Данный эффект – первый из обнаруженныхэффектов влияния внешнего магнитного поля на распространениесвета,ознаменоваловзаимодействияначалоисследованийэлектромагнитногоизлучениямеханизмовсмагнитнымиматериалами при наличии внешнего магнитного поля.

Управление20внешним магнитным полем отражением и поглощением излучения,направлением распространения света, а также запись сверхплотноймагнитной информации и сверхскоростное перемагничивание спомощью излучения [42-44] являются актуальными задачами длямногих областей физики и техники.ЭффектФохта(Коттона-Мутона)обусловленлинейнымдвупреломлением света, т.

е. различием комплексных показателейпреломления для линейно-поляризованногосвета с векторомнапряженностипараллельногоэлектрическогополяиперпендикулярного намагниченности соответственно (е || I и е  I).Полярный и меридиональный эффекты Керра проявляются вовращении плоскости поляризации и в появлении эллиптичностиотраженного от магнетика линейно-поляризованного света. Ониродственны эффекту Фарадея и по происхождению, посколькуобусловлены круговым двупреломлением света. При определенныхусловиях можно наблюдать эффекты изменения интенсивностилинейно-поляризованного света.ЭкваториальныйэффектКеррасостоитвизмененииинтенсивности и сдвиге фазы линейно-поляризованного света,отраженного магнитным кристаллом.При изменении ориентации вектора намагниченности отпоперечной к продольной наблюдается также квадратичный по21намагниченности эффект изменения интенсивности отраженногосвета – ориентационный магнитооптический эффект.абвгдРис.

1.1 Классификация магнитооптических эффектов в ферромагнетиках.Эффекты отражения:а- полярное намагничивание (1- полярный эффект Керра, 2- изменение интенсивности линейно поляризованного света);б- меридиональное намагничивание (1-меридиональный эффект Керра, 2- изменение интенсивности линейно-поляризованного света);в- экваториальное(поперечное) намагничивание (1-экваториальный эффектКерра, 2- ориентационный магнитооптический эффект).Эффекты прохождения:г- продольное намагничивание, эффект Фарадея;д- поперечное намагничивание, эффект Фохта.Феноменологическаятеориямагнитооптическихявленийпостроена на основе решения общих дифференциальных уравненийМаксвелла с учетом тензорного характера диэлектрической имагнитной проницаемости. В простейшем случае для изотропнойсреды тензора диэлектрической  и  магнитной проницаемостимогут быть записаны в виде:22     i 0i00 , (1.1)i  0      i   0 0  0(1.2)0Предполагается, что среда намагничена вдоль оси z,    1  i 2 и   1  i2 -- недиагональные компоненты пропорциональныенамагниченности среды;   1  i2 ,   1  i2 -- диэлектрическая имагнитная проницаемости среды.

Если   0 ,  0среданазывается гироэлектрической; если   0 ,    0 -- гиромагнитной,    0 -- бигиротропной.Знание всех компонент тензоров позволяет рассчитать любоймагнитоптическийэффект.Крометого,исследуячастотныезависимости мнимых частей диагональных и недиагональныхкомпонент тензора диэлектрической проницаемости (ТДП) можносделать выводы о зонной структуре исследуемой среды. При этомодно из преимуществ магнитооптических методов исследованияэнергетическойструктурыпередоптическимизаключаетсяввозможности разделения вклада левой и правой спиновых подзон.Именно это позволило построить общепринятую в настоящее времямодель зонной структуры ферромагнитного никеля с обратнымпорядком уровней. Использование МО эффектов в оптической23микроскопиипозволяетнаблюдатьмикронным разрешением, чтодоменнуюструктурусдает возможность исследоватьмагнитные микрообъекты, такие как рабочая зона магнитныхголовок, доменные границы и т.