Диссертация (Исследование магнитооптических свойств Ni-Mn-содержащих сплавов Гейслера и разбавленных магнитных полупроводников GaMnAs(Sb) и TiO2-V), страница 2

Резонансное усиление магнитооптического отклика при комнатнойтемпературе в области энергий 0,5–2,0 эВ для разбавленных магнитныхполупроводников GaMnAs(Sb), приготовленных методом лазерной абляции,связано с появлением нанокластеров MnAs(Sb), ответственных за наличиеферромагнетизма при комнатной температуре.5.

Особенности поведения температурных, полевых и спектральныхзависимостей ЭЭК в области температур Т < 80 К, свидетельствуют особственнойприродеферромагнетизмавобразцахGa1–хMnхAs,приготовленных методом лазерной абляции с концентрацией марганца х ~0,13, при осаждении на подложки при комнатной температуре.6. Природа ферромагнетизма в диоксидах титана, допированныхванадием и аналогичных образцах, допированных кобальтом, различна.Научная новизна результатов работыВсе экспериментальные результаты работы были получены впервые.Полученные в диссертационной работе результаты суще-ственно расширяютпредставление о магнитооптических явлениях в сплавах Гейслера имагнитныхполупроводниках.Результатыисследованиймогутбытьиспользованы для развития технологий получения новых материалов дляспинтроники необходимой кон-фигурации с заданными свойствами.9Достоверность результатовДостоверностьполученныхвработерезультатовобеспеченаобоснованностью использованных экспериментальных методов изучениямагнитооптических свойств магнитных материалов, а также анализомфизическихпро-цессов,достоверностьопределяющихподтверждаетсяэтианали-зомсвойства.Кромекорреляцийтого,результатов,полученных для различных образцов, и хорошим согласо-ванием междуполученными данными по магнитооптическим свойствам образцов с литературными данными о структурных, магнитных и магнитооптическихсвойствах.Практическая значимостьПолученные в настоящей работе результаты позво-ляют заключить, чтоисследованиямагнитооптическихнеразрушающимметодомполупроводников.свойствизучениясплавовМагнитооптическиеявляютсяГейслераисследованияэффективнымимагнитныхпоказали,чтоизменение технологических параметров изготовления нестехиометрическихсплавов Гейслера позволяют сдвигать температуры мартенситного перехода.Результаты настоящей работы являются важными как для по-ниманияфундаментальных свойств исследованных материалов, так и для развитиятех-нологий получения магнитных материалов с заданными свойствами.Апробация работыРезультаты работы докладывались и обсуждались на российских имеждународныхконференциях:MoscowInternationalSymposiumonMagnetism (Москва, 2011, 2014); Международная конференция «Ломоносов»(Москва, 2011, 2012, 2013, 2015); XXII Международная конференция10«НМММ» (Астрахань, 2012); ETOPIM 9 (Марсель, Франция, 2012); ICM’12(Пусан, Республика Корея, 2012), EMRS Fall Meeting (Варшава, Польша,2012); PIERS 2012 (Куала-Лумпур, Малайзия, 2012); V Euro-Asian Symposium“Trends in Magnetism” (Владивосток, 2013); 47th Winter School of PNPI RASon Condensed Matter Physics “FKS-2013” (Зеленогорск, 2013); InternationalConference “Functional Materials” (Крым, Украина, 2013); DICNMA 2013(Сан-Себастьян, Испания, 2013); JEMS 2013 (Родос, Греция, 2013); VIБайкальская международная конференция «Магнитные материалы.

Новыетехнологии» (Иркутская область, 2014); DPG Spring Meeting of the CondensedMatter Section (Берлин, Германия, 2015).ПубликацииПо результатам работы опубликованы следующие статьи в научныхжурналах:1. Novikov A., Gan’shina E., Granovsky A., Zhukov A., Chernenko V.Magneto-optical Spectroscopy of Heusler Alloys: Bulk Samples, Thin Films andMicrowires // Solid State Phenomena. — 2012. — Vol.

190. — P. 335–338.2. Gan’shina E.A., Golik L.L., Kovalev V.I., Kun’kova Z.E., TemiryazevaM.P., Danilov Yu.A., Vikhrova O.V., Zvonkov B.N., Novikov A.I., VinogradovA.N. Peculiarities in optical and magneto-optical spectra of GaMnSb layers grownby laser ablation // Solid State Phenomena. — 2012. — Vol. 190. — P. 562–565.3. Orlov A.F., Balagurov L.A., Kulemanov I.V., Petrova E.A., Perov N.S.,Gan’shina E.A., Fetisov L.Yu., Semisalova A.S., Novikov A.I., Yashina L.V.,Rogalev A., Smekhova A., Lashkul A.V., Lähderanta E.

Magnetic and magnetooptical properties of Ti1-xVxO2- semiconductor oxide films: room-temperatureferromagnetism versus resistivity // SPIN. — 2012. — Vol. 2. — P. 1250011-1–1250011-6.4. Ганьшина Е.А., Новиков А.И., Зыков Г.С., Меттус Д.Е., КазаковА.П., Kainuma R., Ховайло В.В., Прудников В.Н., Грановский А.Б.11Магнитооптическая спектроскопия мартенситного перехода в сплавахГейслера Fe48Mn24Ga28 // Физика Твердого Тела. — 2013. — № 55. — С.1754–1757.5. Khovaylo V.V., Omori T., Endo K., Xu X., Kainuma R., Kazakov A.P.,Prudnikov V.N., Gan’shina E.A., Novikov A.I., Mikhailovsky Yu.O., Mettus D.E.,Granovsky A.B.

Magnetotransport Properties of Fe48Mn24Ga28 Heusler Alloys //Phys. Rev. B. — 2013. — Vol. 87. — P. 174410.6. Новиков А.И., Дубенко И.С., Грунин А.И., Гойхман А.Ю., ЕршовП.А., Родионова В.В., Ганьшина Е.А., Жуков А., Жукова В., Грановский А.Б.Магнитные и магнитооптические свойства пленок сплавов Гейслера Ni-MnIn,полученныхметодомимпульсноголазерногоосаждения//Материаловедение.

— 2013. — № 7. — C. 11–15.7. Yildirim O., Butterling M., Cornelius S., Mikhailovskiy Yu., Novikov A.,Semisalova A., Orlov A., Gan’shina E., Perov N., Anwand W., Wagner A.,Potzger K., Granovsky A., Smekhova A. Ferromagnetism and Structural Defects inV-doped titanium dioxide // Phys Stat. Sol. (c) . — 2014. — Vol. 11. — P. 1106–1109.8. Gan’shina E.A., Golik L.L., Kun’kova Z.E., Kovalev V. I., Markin Y.V.,Novikov A.I., Zykov G.S., Danilov Y.A., Kudrin A.V., Vikhrova O.V., ZvonkovB.N. Magneto-Optical Evidence for Intrinsic Ferromagnetism in (Ga,Mn)AsLayers Grown by Pulsed Laser Deposition // Solid State Phenomena. — 2015.

—Vol. 233. — P. 101–104.9. Novikov A.I., Gan’shina E.A., Gonzalez-Legarreta L., Prida V.M.,Hernando B., Granovsky A.B. Magnetic and Magneto-Optical Research ofNi43.7Mn43.6In12.7 Alloy Ribbons // Solid State Phenomena. — 2015. — Vol. 233.— P. 200–204.10. Gan’shina E., Novikov A., Chernenko V., Barandiaran J., Cesari E.,Rodionov I., Titov I., Prudnikov V., Granovsky A. Magneto-Optical Study ofMartensitic Transition in Ni45Mn36.7In13.3Co5 (at. %) Single Crystals // Solid StatePhenomena. — 2015. — Vol. 233–234. — P. 225–229.12Личный вклад автораАвторомрезультатов:личноизмерены,полученаописаныосновнаяичастьэкспериментальныхпроанализированыспектральные,температурные и полевые зависимости экваториального эффекта Керра дляизучаемых образцов.Объём и структура работыДиссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, спискасокращений и списка использованной литературы.

В работе содержится 144страницы машинописного текста, включая 69 рисунков, 2 таблицы, 152библиографические ссылки.Краткое содержание работыВо введении обоснована актуальность работы и сформулирована еёцель;указананаучнаяновизнаипрактическаяценностьработы;представлена степень апробации работы, объём и структура диссертации.В первой главе представлен обзор литературы, посвящённой полным инестехиометрическим Ni-Mn-содержащим сплавам Гейслера. Изложеныосновныерезультатыэкспериментальныхитеоретическихработ,касающихся оптических и магнитооптических свойств сплавов Гейслера,описаниямеханизмовмартенситногопереходавсплавахГейслера,особенностей изменения электронной структуры и магнитных свойствсплавов при мартенситном переходе.

Рассмотрено несколько механизмовмартенситного перехода в сплавах Гейслера.Во второй главе представлен обзор литературы о магнитныхполупроводниках GaMnZ и TiO2:V. Описаны методы полученияиособенности строения магнитных полупроводников, в том числе особенности13природы ферромагнетизма в этих материалах.

Рассмотрены различные точкизрения на электронную структуру, приведены результаты оптических имагнитооптических исследований.В третьей главе приведена феноменология магнитооптическихэффектов,вт.ч.экваториальногоэффектаКерра(ЭЭК).Описанытеоретические модели для расчёта ЭЭК в неоднородных структурах; описанаметодика эксперимента и установка, позволяющая измерять экваториальныйэффекта Керра; проведён анализ ошибок эксперимента.Взаключениидиссертационной работы.сформулированыосновныерезультаты14Глава 1Сплавы Гейслера как магнитные материалы§ 1.1. Сплавы ГейслераПолуметаллические ферромагнетики (ПМФ) — это ферромагнитныематериалы, обладающие возможностью полной спиновой поляризации науровне Ферми EF.

Они являются металлическими для одного направленияспина, и в то же время обладают полупроводниковыми свойствами дляпротивоположного направления спина.Первые сплавы Гейслера были получены в 1903 году [4],[5]. СплавыГейслера бывают полными (истинными) и половинными [6], [7]. Половинныесплавы имеют состав XYZ, где X и Y являются переходными металлами, а Z— полупроводником или неферромагнитным металлом. На рис. 1.1 в таблицеМенделеева отмечены элементы, из которых могут состоять сплавыГейслера.соотносятсяКонцентрации компонентов половинных сплавов Гейслеракак1:1:1,аихструктурапредставляетсобойтривзаимопроникающие ГЦК-подрешётки (рис.

1.2).Состав полных сплавов Гейслера определяется формулой X2YZ, аконцентрации их компонентов соотносятся как 2:1:1. Кристаллическаярешётка состоит из четырёх взаимопроникающих ГЦК-подрешёток (рис. 1.2).Первыми сплавами Гейслера были CuMnSb, Cu2MnAl и Cu2MnSn [4],[5], см.рис. 1.1. Они обратили на себя внимание, потому что проявлялиферромагнитные свойства, будучи изготовленными из неферромагнитныхэлементов. На момент возникновения сплавов подобное различие свойствсплавов и их компонентов казалось удивительным. Первые сплавы Гейслерасодержали марганец, который играет значительную роль в материалах этогокласса.Согласно теоретическим расчётам (например [8]), в сплавах Гейслерадолжна проявляться полная спиновая поляризация на уровне Ферми.

На рис.15HLiNaKRbCsFrBeMgCaSrBaRa***ScY***TiZrHfRfLaAcCeThVNbTaDbCrMoWSbPrPaNdUMnTcReBhPmNpFeRuOsHsSmPuCoRhIrMtEuAmNiPdPtGdCmCuAgAuTbBkDyCfHoEsErFmCSiGeSnPbNPAsSbBiTmMd— атомы X;Рис. 1.1. Составляющие сплавов Гейслера:Y;— атомы Z.а)ZnCdHgBAlGaInTlYbNoOSSeTePoFClBrIAtHeNeArKrXeRnLuLr— атомыб)Рис. 1.2. Кристаллическая решётка полного (а) и половинного (б) сплавовГейслера;— атомы X;— атомы Y;— атомы Z.Рис. 1.3. Теоретически рассчитанные плотности состояний (DOS) вблизиуровня Ферми для разных направлений спина в некоторых сплавах Гейслера[8].161.3 показаны плотности состояний (DOS) около уровня Ферми, рассчитанныев работе [8] для некоторых сплавов Гейслера различного состава (в т.ч.Ni2MnGa) при разных направлениях спина.

Здесь и далее используютсяобозначения спин «вверх», когда спин направлен параллельно магнитномуполю, и спин «вниз» в противном случае.Тот факт, что температура Кюри у многих сплавов Гейслера вышекомнатной, делает их подходящими для использования в спинтронныхустройствах в качестве инжекторов спин-поляризованного тока. Такнапример, для Ni2MnGa TC = 370 K [9], для Ni2MnIn ТC = 314 К или 320 К[10].Помимо этого, для эффективной работы спинтронных устройств важнохорошеесовпадениерешёткиспин-инжекторногослоясрешёткойполупроводникового слоя, а также соответствие между их зоннымиструктурами.