Диссертация (Магниторефрактивный эффект и магнитооптические эффекты как бесконтактный метод исследования наноструктура), страница 9

2.3 Угловая зависимость МРЭ и коэффициента прохождения нанокомпозитадля р-поляризации (сплошная линия) и для s-поляризации (пунктир) /=8%,n=2.5, k=0.5.872.3 Зависимость МРЭ при малых углах падения света отмагнитосопротивлениянанокомпозита.МРЭкакбесконтактный способ измерения магнитосопротивлениянанокомпозита.Если среда 1 вакуум (n1=1) и падение света близко к(0=0), то все выражениянормальномузначительноупрощаются и справедливы и для p и для s поляризации. Тогда:21  n2   k 22R1  n2 2  k 22 ,   k    k  1  n0R22  1  R  M c 1  n0R2220202(2.13)k  2d1  n    k 20220222022(2.14).ΔT 1 2 M T cn20(n20  1 )  d(k20 )2T2.(2.15)Данные выражения имеют общий характер, так как связывают МРЭпроизвольной системы с ее оптическими параметрами и смикроскопическими параметрамиcиd, которые зависятотпринятых представлениях о механизме МРЭ.

Учитывая формулу(2.4), справедливую вблизи порога перколяции, когда туннельный88зазор рассматривается как параллельно включенное электрическоесопротивление и конденсатор с диэлектрической проницаемостью insи полагая, что МС ( H )  (0)   ( H ) (0)(2.16)мало и используя (2.7), получаем(c  d ) M 2c  k0  d  n0 ;2(2.17)что эквивалентно соотношениям:2dM 2 1k 1  n 2k    n 2.cM 2k1  n;(2.18)В (2.18) опущен как индекс 2, указывающий на магнитнуюсреду, так и верхний индекс 0, указывающий на размагниченноесостояние. Тогда в частном случае нормального падения света извакуума из выражений (2.13-2.15) следует:R 2 3n 2  k 2  1,  1  R k  22R n  k 2 [1  n   k 2 ] ΔT 1  2 2n 2  nTk 2.T2 n  k2(2.19)(2.20)При произвольном угле падения света и p-поляризации следуетиспользовать (2.9-2.12) в сочетании с формулами (2.18), ианалогичные, громоздкие выражения в случае s-поляризации.

Из(2.20) следует, что МРЭ в нанокомпозитах с туннельным МСсложным образом связан с оптическими параметрами. В частности,89МРЭ должен быть выражен наиболее ярко в областях спектра, гдеимеется сильное поглощение, и возможен как отрицательный, так иположительный МРЭ, что позволяет объяснить экспериментальныеданные работы [105].Данные формулы (2.19) и (2.20) демонстрируют прямуюпропорциональность между МРЭ и магнитосопротивлением вмагнитных нанокомпозитах. Таким образом, построенная теорияМРЭ в нанокомпозитах с МС обосновывает возможность ихбесконтактного исследования, что особенно эффективно в ИКобласти спектра, т.е.

МРЭ можно рассматривать, как бесконтактныйметод измерения МС.2.4Сравнениерассчитанногоэффектасэкспериментальными даннымиРассмотрим экспериментальные факты обнаруженные приисследовании МРЭ в ферромагнитных нанокомпозитах на примереобразцов гранулированных пленок металл-диэлектрик Co46Al22O32 иCo43Al22O35 (толщиной ~ 2 мкм и с размерами гранул Co ~ 4 нм ),полученныеметодомнапылениясплавовCo100-xAlxнанеохлаждаемые стеклянные подложки в атмосфере аргона икислорода, по составу были близки к порогу перколяции и обладалигигантскими значениями магнитосопротивления - 7.2%.90В области длин волн 4 - 12 мкм экспериментально былообнаружено осцилляционное поведение спектров коэффициентаотражения R( ) пленок Co - Al - O (при h ~ 1000  150 см-1 R( )изменяется вдвое) и увеличение амплитуд этих осцилляций приприложении магнитного поля [104].

Спектры частотной зависимостикоэффициента отражения p - волны линейно поляризованного света,нормированные на значения R( , Hmax) при данной частоте вмаксимальном магнитном поле  ( ) = R( , H) - R( , Hmax)/R( ,Hmax) - магниторефрактивный эффект -для образца Co43Al22O35приведены на рис. 2.4. При уменьшении магнитного поля отHmax=2700Э до 500Э  ( ) увеличивается, приближаясь к насыщениюи достигая для данного образца 0.8% в области частот 1100 ± 100см-1,превосходитболеечемнапорядокэкваториальныйиориентационный МО эффекты, наблюдаемые одновременно вферромагнетиках.

 - эффект не зависит от направления магнитногополя и поляризации света. Нужно отметить, что МРЭ являетсяквадратичнымпонамагниченности,ориентационного МО91новотличиеот0,2,, %0,0-0,2-0,4-0,6-0,88001000Волновое число1200-1, смРис. 2.4. Частотная зависимость магниторефрактивного эффекта пленкиCo43Al22O35 для двух значений поля H =2200 Э и 100 Э: сплошные линии – дляугла падения  = 45; пунктирные -  = 10[104].92, %0-0.2-0.4-0.6-0.880010001200, см-1Рис.

2.5. Теоретические зависимости магниторефрактивного эффекта пленкиCo43Al22O35: сплошная линия - /=3%, точками - / =1%, для угла падения = 45; пунктирная - /=1%,  =10.93эффекта не связан со спин-орбитальным взаимодействием, а являетсячастотным аналогом магнитосопротивления.Расчеты, проведенные для модели, представляющей собойтрехслойную систему воздух - гранулированная пленка - подложкапо формулам Френеля [136](см. предыдущие параграфы даннойглавы), показали, что наблюдаемые в ИК - области спектраосцилляции R() вызваны интерференцией волн, отраженных отверхней поверхности пленки и от границы раздела пленка подложка.

Интерференция стала возможной в этой области спектраиз-за резкого уменьшения поглощательной способности пленок ивозрастания интенсивности вторичной волны.Вблизи порога перколяции можно считать, что проводимостьне зависит от частоты, т.е. ()(0). Это справедливо длявысокорезистивныхсистем.Оптическиеконстантыдлягранулированной пленки с объемной концентрацией Co x = 45%были получены из [24].

Вклад намагниченности образца воптическую проводимость  и МРЭ учитывается посредством еевлияния на магнитосопротивление материала   / по формуле:    1      (0)[1] 94(2.22)Коэффициент отражения рассчитывается по формулам Френеля:p 2 pR | r jkl| , r jklrjkp  Fk2 rklpp,rjk1 Fk2 rjkp rklpFk  exp( 2i1g k d k ),g j nk2  g k n 2j222,gnnsin,j1j2g j nk2  g k n j(2.23)где n1 - комплексный показатель преломления среды, из которой насистему падает свет;  - угол падения света из первой среды; j, k, l номера сред; dk - толщина соответствующей среды;  - длинасветовой волны в вакууме; i - мнимая единица.Результаты расчета  ( ), приведенные на рис.

2.5, находятся вхорошем согласии с экспериментальными данными. Видно, чтоположение экстремумов интерференционной картины не зависит отвеличины намагничивающего поля. Показано также, что эффект неисчезает при нормальном падении (Рис. 2.5).Какследуетизпроведенныхрасчетовугловыеиполяризационные зависимости МРЭ должны быть подобны дляразных длин волн. Однако для системы CoFe-MgF, как показано в[107], увеличение МРЭ с увеличением угла падения наблюдается для2-5 мкм, но не имеет места в области 10 мкм, что свидетельствует овозможности существования дополнительного механизма МРЭ.МРЭ в нанокомпозитах с туннельным МС сложным образомсвязан с оптическими параметрами, причем корреляция между МРЭ95и коэффициентом отражения не является линейной. При большихуглахпадениясветаимеетместосильнаяполяризационнаязависимость МРЭ, причем МРЭ значительно больше на ркомпоненте при отражении и на s-компоненте при прохождении.Проведенные расчеты показали, что МРЭ должен быть выраженнаиболее ярко в областях спектра, где имеется сильное поглощение,ивозможенкакотрицательный(диэлектрическаяфазананокомпозита), так и положительный МРЕ (металлическая фазананокомпозита), что позволяет объяснить ряд экспериментальныхданныx.962.5 Выводы к Главе 2.1.

Построена теория магниторефрактивного эффекта (МРЭ) внанокомпозитах.2.Показано,чтоМРЭвнанокомпозитахобусловлентуннельным магнитосопротивлением и может на два порядкапревышать традиционные магнитооптические эффекты (например,экваториальный эффект Керра в ферромагнетиках).3.Показановозможноеусилениеэффектавслучаеинтерференции. Рассчитана поляризационная и угловая зависимостьданного эффекта.4.

Построенная теория МРЭ в нанокомпозитах с МСобосновывает возможность их бесконтактного исследования, чтоособенно эффективно в ИК области спектра, т.е. МРЭ можнорассматривать, как бесконтактный метод измерения МС.97Глава3.МАГНИТОРЕФРАКТИВНЫЙЭФФЕКТВМАНГАНИТАХ3.1 Теория МРЭ в манганитах без учета частотнойзависимости проводимости.Манганитыявляютсяперспективнымиматериаламисинтересными и важными для практических применений магнитными,магнитотранспортными,оптическимиимагнито-оптическимисвойствами. В частности, для целого ряда этих материалов в ближнейИК области спектра обнаружено значительное изменение какпропускания [25], так и отражения [26] света при их намагничивании.В манганитах механизмы проводимости и магнитосопротивления(МС) значительно сложнее, чем в нанокомпозитах.Наряду стуннельным МС, имеющем место в слаболегированных манганитах,поликристаллах,системахсвариантнойструктурой,гетероструктурах [138, 139] при достаточно высокой степенилегированиязначительнуюрольвформированиимагнитотранспортных свойств играет возрастание объемной долиферромагнитной фазы за счет уменьшения объема более резистивнойантиферромагнитной фазы при намагничивании, что собственно иопределяет колоссальное МС [138].В случае туннельного МС для описания МРЭ манганитоввозможноиспользоватьтотже98подход,чтоивслучаенанокомпозитов и тогда (,Н) (=0,Н) (см.