Диссертация (Магниторефрактивный эффект и магнитооптические эффекты как бесконтактный метод исследования наноструктура), страница 5

Оптические и магнитооптические спектрымагнитных нанокомпозитовВажнойиинтереснойзадачейявляетсяисследованиемагнитооптических свойств гранулированных сред, так как именно впонимании МО свойств лежит ключ к пониманию оптическихсвойств.

Первой работой по магнитооптике гранулированных систем(островковые пленки), показавшей отличие их МО свойств отсвойств массивных образцов, была работа Кринчика Г. С., НикитинаЛ.В. и Касаткиной О.В. [49] , опубликованная в 1985 году.Для описания магнитооптических спектров (недиагональныхкомпонент тензора диэлектрической проницаемости) приближениетипа эффективной среды было развито Хью и Страудом в 1987 году[88]. Авторы обсуждали МО свойства на примере эффекта Фарадея.Для описания этого эффекта ими был разработан метод, основанныйна приближении МГ для сферических частиц.

В 1989 году авторами[88] впервые была разработана теория МО свойств гранулированныхферромагнитных систем в рамках приближения ЕМА. МО свойстваисследовались на примере эффекта Фарадея. На кафедре магнетизмаМГУ А.Б. Грановским и М.В. Кузьмичевым для описания МОспектров гранулированных систем были обобщены приближения МГи ЕМА для эллипсоидальных частиц [87], а также впервыеразработан СМГ [12] для экваториального эффекта Керра.45Экспериментально и теоретически исследовались МО спектрыгранулированных сплавов металл-металл Co/Cu и Co/Ag. МОсвойстваисследовалисьвгеометрииЭЭКприкомнатнойтемпературе в диапазоне энергий падающего света 0.5-4.0 эВ. Деталиэксперимента и получения образцов более подробно описаны вработе [87].Рис.

1.5 Экспериментальные спектры экваториального эффекта Керра( ЭЭК) (x=f): массивного чистого Со (Exp: f=1), гранулированногосплава CofAg(1-f) при f=0.35 (Exp: f=0.35). Спектры  ЭЭК CofAg(1-f)рассчитанные в рамках приближения Бруггемана (Бр) при f=0.3, 0.35 иL=0.33, 0.7, соответственно [9,10], при этом f=x.46Как видно из рис. 1.5 МО спектры гранулированных пленокCoxAg1-x, с объемной концентрацией магнитной компоненты x сильноотличаются от спектров чистого Co.

Это различие заключается вспектральном профиле, величине МО сигнала; отличаются также ичастоты падающего света, при которых происходит смена знакаэффекта. В [9] и [87] показано, что спектры CoxAg1-x и CoxCu1-xотличаются друг от друга, что говорит о зависимости МО свойствпленки от материала гранул и основы.Рис 1.6.СпектрыгранулированныхэкваториальногосплавовCofCuO(1-f)эффектаКеррарассчитанные(вЭЭК)рамкахприближения Бруггемана (Бр) (f=0.63, 0.52, 0.39; L=0.31, R=0.05,k=0.47). Экспериментальные данные (Эксп) взяты из статьи [45](f=0.866, 0.64, 0.418), при этом f=x.47Исходные параметры компонент  и  были полученыэкспериментально на однородных пленках Со и Сu.

Рассчитанные вприближении ЕМА спектры ЭЭК оказались в удовлетворительномсогласии (при Е < 2.5 эВ) с экспериментальными данными (рис. 1.6).Расхождениемеждурассчитаннымииполученнымиэкспериментально спектрами на рис. 1.6 в области энергий  2.5 eV ,объясняетсяспецификойэксперимента.Вэтомдиапазоне энергий амплитуда эффекта регистрируется несколькозаниженной, из-за необходимости увеличения щели монохроматора.В рамках данного приближения был описан экспериментальный фактзависимости МО спектров от концентрации магнитной компонентыCo и было показано, что форма гранул оказывает значительноевлияние на МО свойства пленки [87].

Лучшее согласие сэкспериментом получается при концентрации x несколько меньшейнежели экспериментальная. Можно предположить, что реальноконцентрация магнитной компоненты несколько ниже концентрациизаданной при изготовлении образцов.До недавнего времени из класса гранулированных сплавовметалл-диэлектрик был исследован толькоCo-CuO. ОбразцыCoxCuO1-x получались путем тщательного перемешивания порошковCo и CuO и последующего прессования в «таблетки» толщиной 2 мми диаметром 15 мм.

Далее производился отжиг полученных образцов48в вакууме. Были получены данные о микроструктуре, химическомсоставе, сформировавшихся после отжига фазах образцов, показаноналичие в образцах CuO, Cu2O, Co и Cu [9]. Система CoxCuO1-xявляетсясистемойферромагнитныйметаллдиэлектрик.-Проведенные исследования показали наличие перколяционногоперехода в районе x=0.23.МО свойства этой системы исследовалисьпри комнатнойтемпературе в геометрии ЭЭК в диапазоне энергий падающего света1-4 эВ [9].

Результаты эксперимента изображены на рис. 1.6. На этомже рисунке представлены результаты, полученные в рамках EMAтеории, как видно из этого рисунка расчетная концентрация меньшеэкспериментальной.ферромагнитнойОбычнокомпонентыэтоприобъясняетсяизготовлениирасходомобразца,т.е.наличием окисления, изолированных магнитных атомов и/иличастиц,размерыкоторыхменьшекритическогоразмераоднодоменности. Однако, разница между экспериментальной ирассчитаннойконцентрациямиувеличиваетсяприувеличениисодержания магнитной компоненты [9]. Такой результат труднообъяснитьналичиемокисления,таккакприувеличенииконцентрации уменьшается доля поверхности ферромагнитнойкомпоненты, следовательно, окисленной части должно быть меньше.Поэтому было предположено, что оптические и МО свойства49кобальта в образцах отличаются от свойств кобальта, определенныхна предыдущих пленках и похожих на свойства массивного кобальта[9].

Это предположение было подтверждено экспериментально приисследовании пленки из этого чистого кобальта. Строго говоря,приближение ЕМА не может быть применено к образцам из этойсерии, так как структурные исследования показали, что размерычастиц в них сравнимы с длиной волны падающего излучения.Однако,такоеудачноесовпадениерасчетныхспектровсэкспериментальными дает возможность предположить, что этибольшие частицы неоднородны и состоят из более мелкихокисленных по поверхности частиц. В этом случае приближениеЕМА может быть успешно применено.НапримерепроведенныхисследованийМОсвойствгранулированных пленок CoAg, CoCu, CoCuO видно, что свойствагранулированных сред определяются огромным числом параметров исвязаны с ними сложным образом.

Во-первых, эти свойстваопределяются свойствами материалов компонент составляющихобразец и зависят от способа его приготовления. Во-вторых, отконцентрации, формы частиц и магнитного состояния образца.Всеэкспериментальныеисследованиядемонстрируют,поведение оптических и МО спектров гранулированных систем50существеннымобразомотличаетсяотповеденияспектроводнородных сплавов соответствующего состава.Недавноэкспериментально,приизученииМОсвойствгранулированных нанокомпозитов, отличающихся друг от другаэлементным составом, как матрицы, так и ФМ составляющей,обнаруженосущественноеусилениеМОоткликавузкомспектральном диапазоне, при этот максимальная величина ЭЭКсистем(Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-x,(Co41Fe39B20)x(SiO2)100-x,(Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x + О2, (FePt)100-x(SiO2)x и (Co)x(SiO2)100-xнаблюдаласьприконцентрацииФМкомпонентыxпер,соответствующей порогу перколяции [89-91].В этих же работах [89-91] из анализа дисперсионныхзависимостей диагональных и недиагональных компонент ТДПустановлено,чтоусилениеМО(Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-x,откликананокомпозитов(Co41Fe39B20)x(SiO2)100-x,(Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x + О2 и (FePt)100-x(SiO2)x вблизи порогаперколяции не связано с увеличением их МО активности, аобусловлено изменением оптических и МО параметров приизменении топологии и микроструктуры нанокомпозитов (Рис 1.71.9).Экспериментальнонанокомпозитовбылоустановлено,(FePt)100-x(SiO2)x51чтовряду(Co41Fe39B20)x(SiO2)100-х(Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-хс(Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-xростомплотности поляризованных электронных состояний на уровне Фермив ферромагнитных гранулах, одновременно растут значения ГМС иЭЭК*103ЭЭК [89-91].88a4400x = 34%39%43%44%51%61%100%-4-8-123112ЭЭК*10в23-4x = 33,2%x = 42,6%x = 45,5%x = 49,9%x = 100%-8-12-1614б42345г2804-20-4x = 37.4%x = 48.2%x = 53.3%x = 69.7%x = 76.7%x = 100%o60o69o75-4-812E.эВ34-6-8-10123E.

эВ4Рис.1.7. Спектральные зависимости ЭЭК для нанокомпозитов(а) - (Co41Fe39B20)x(SiO2)100-х(б) - спектры образца системы (Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-х с х = 47, полученные приразличных углах падения света(в) - (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x + О2(г) - Cox(SiO2)100-x525а10x=66%x=46%x=43%x=38%бx=34%x=40%x=47%x=57%гx=100%81, 21, 281066442260вx=100%240602020001-2012402E, эВ1-20132E, эВ3Рис.1.8. Спектры действительной  1 (пустые значки) и мнимой  2 (сплошныезначки)частидиагональнойкомпонентыТДПсистемы(Co41Fe39 B20 ) x (SiO2 )100 x (а, в) и системы (Co45 Fe45 Zr10 ) x (SiO2 )100 x (б, г)при различных х.530,2x=38%x=43%x=46%x=66%'1, '2а0,10,00,01'1, '20,122б0,20,13в0,081x = 33,2%x = 42,6%x = 45,5%x = 49,9%0,040,00x=34%x=40%x=47%x=57%423гx=100%3210-0,04-10,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,50,61,21,8E, эВ2,4E,эВ3,0Рис.1.9. Спектры действительной  1 (пустые значки) и мнимой  2 (сплошныезначки) части недиагональной компоненты ТДП систем при различных х:(а) - (Co41Fe39B20)x(SiO2)100-х(б) - (Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-х(в) - (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100–x + O2(г) – однородный сплав Fe45Co45Zr10Таким образом, важнойтеоретическоеи интересной задачей являетсяисследованиемагнитооптическихсвойствнанокомпозитов, так как МО спектроскопия является одним изфундаментальных методов изучения гранулированных сплавов.543,64,21.4.