Магнитооптические свойства нанокомпозитных материалов на основе 3dметаллов (Fe и Co)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультетУДК 537.632.3; 548:537.611.44На правах рукописиКочнева Марина ЮрьевнаМАГНИТООПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОКОМПОЗИТНЫХМАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ 3d МЕТАЛЛОВ (Fe И Co)Специальность 01.04.11 – физика магнитных явленийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква – 20051Работа выполнена на кафедре магнетизма физического факультета Московскогогосударственного университета им. М.В.Ломоносова.Научные руководители :доктор физико-математических наук,профессор Е.

А. ГаньшинаОфициальные оппоненты :доктор физико-математических наук,профессор Ю. Г. Рудойкандидат физико-математических наук,доцент Н. Е. СырьевВедущая организация :Российский научный центр “Курчатовскийинститут”Защита состоится « 16 »июняДиссертационногоК 501.001.02Совета2005 года в 16:30 часов на заседаниивМосковскомгосударственномуниверситете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, ВоробьевыГоры, МГУ, физический факультет, аудитория ЮФАС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ.Автореферат разослан « 16 » мая 2005 года.Ученый секретарь СоветаКандидат физико-математических наук,И.

А. Никанорова2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Устойчивый интерес к наноструктурам, возникший впоследнее время, обусловлен возможностью значительной модификации ипринципиального изменения качеств известных материалов при переходе внанокристаллическое состояние.

Отличительная черта низкоразмерных систем втом, что их свойства определяются не только свойствами элементов, входящихв их состав, но, в большей степени, поверхностью радела и размерами объемов,формирующими подобную структуру. В новых магнитных материалах,созданных благодаря нанотехнологиям наблюдаются необычные физическиеявления, представляющие как самостоятельный научный интерес, так и важноепрактическое значение: гигантский магнитный импеданс (ГМИ), гигантскоемагнитосопротивление (ГМС), гигантский аномальный эффект Холла (АЭХ),аномальные оптические эффекты, сильный магнитооптический отклик. Внастоящее время такие магнитные материалы повсеместно синтезируются,активно изучаются их физические свойства, решаются задачи установленияприроды, механизмов проявления, теоретического описания этих физическихявлений.

Причины повышенного внимания связаны, прежде всего, свозможностями применения наноразмерных магнитных материалов в технике,например, при создании высокочувствительных датчиков магнитного поля итемпературы, устройств для записи и считывания (магнитных головок), а такжехранения информации (магнитных и магнитооптических дисков). Объектоминтенсивных экспериментальных и теоретических исследований являетсявопрос взаимного влияния микроструктуры и магнитных, оптических иэлектрических свойств в пленочных наногранулированных материалах(кристаллиты, разделенные немагнитной прослойкой) на основе 3d металлов.Остается большое число нерешенных проблем в таких образцах, так кактрудно предсказать свойства пленок, в которых значительную роль играютвзаимодействия наночастиц между собой, с матрицей и с подложкой, приогромном влиянии размерных и поверхностных эффектов, накладываемыхчастицами, их границами и поверхностью пленок.

Изучение особенностей,связанных как с размером кристаллитов (гранул), так и с характером ихпространственного распределения в нанокомпозитных пленочных сплавах3нуждается в привлечении более широкого круга методик, чем в случаеисследования свойств объемных материалов.Известно, что исследование магнитооптических характеристик позволяетполучить уникальную информацию об электронной и магнитной структуре,механизмах рассеяния носителей тока, характере межзонных переходов.Такимобразом,изучениемагнитооптическиххарактеристикнанокомпозитных материалов на основе 3d металлов и их пленочных имногослойных аналогов является актуальным и определяется какперспективами практического применения исследуемых структур, так ифундаментальным аспектом этих исследований.Целью данной работы явилось исследование магнитооптических свойств и ихизменений вследствие температурной обработки нескольких видов новыхнанокомпозитных материалов на основе 3d металлов:1. аморфных лент Co66Fe4B14Si15, обладающих асимметричным эффектомГМИ;2.

гранулированных сплавов (FePt)1-X(SiO2)X, обладающих ГМС;3. гранулированных сплавов на основе поликристаллического Со,внедренного как диэлектрическую – Sm2O3, так и в полупроводниковую –TiO2 матрицу;4. одномерных магнитофотонных кристаллов на основе висмут замещенногожелезоиттриевого граната Bi1.0Y2.5Fe5OX и магнитных микрорезонаторовна основе гранулированного сплава (FePt)1-X(SiO2)X.Научная новизна и практическая ценность работы состоит в следующем:1.

Магнитооптическиеметодыисследованийпозволиливыявитьсуществование неоднородного по толщине анизотропного нанокристаллической слоя, формирующегося в результате отжига в слабых магнитныхполях на воздухе вблизи поверхности рентгеноаморфных лент на основе Со2. Комплексное изучение магнитных, оптических и магнитооптическихсвойств позволило определить, что фазовые и структурные превращения,происходящие в результате термообработки в гранулированных сплавах наоснове FePt, зависят от концентрации ферромагнитной составляющей.43.

Для нанокомпозитныхматериалов, отличающихся друг от другаэлементным составом, как матрицы, так и металлической составляющей,обнаружено существование строго соответствия между пиком вконцентрационной зависимости эффекта Керра, наблюдающимся вблизи порогаперколяции в узком спектральноммаксимумом магнитосопротивления.диапазоне,иконцентрационным4. Впервые изучено поведение магнитооптического отклика в геометрииэкваториального эффекта Керра для одномерных магнитофотонных кристаллови магнитных микрорезонаторов. Обнаружено резонансное усиление эффектаКерра в магнитофотонном кристалле на основе висмутзамещенного железоиттриевого граната в видимом диапазоне спектра.Полученные результаты позволяют заключить, что магнитооптическиеисследования являются одним из эффективных методов комплекснойдиагностики свойств наноструктур.

Результаты данной работы могут бытьиспользованы для развития технологий получения наноструктур необходимойконфигурации с заданными свойствами.Основные результаты диссертации, которые выносятся на защиту, можносформулировать следующим образом:1. Обнаружение неоднородного по толщине анизотропного микрокристаллического слоя, формирующегося в результате термической обработке навоздухе вблизи поверхности рентгеноаморфной ленты, с помощьюспектральных, полевых и ориентационных зависимостей эффекта Керра.Установление корреляции между магнитными свойствами обнаруженногоприповерхностного кристаллического слоя и асимметричным поведениемгигантского магнитного импеданса.2. Результаты магнитооптических исследований пленочных образцовгранулированных сплавов 3d металлов в основном состоянии и послетемпературной обработки.

Обнаружение немонотонного характера поведенияконцентрационной зависимости ЭЭК с ярко выраженным максимумом вблизипорога перколяции для нанокомпозитов отличающихся друг от другаэлементнымсоставом,какферромагнитной,такидиэлектрической5составляющей. Наличие корреляции между концентрационными зависимостямиЭЭК и ГМС. Установление зависимости фазовых переходов, происходящих всплавах (FePt)1-X(SiO2)X при отжиге, от концентрации ферромагнитнойкомпоненты.3.

Эффект сильного резонансного увеличения ЭЭК в узком спектральномдиапазоне, соответствующем коротковолновому краю фотонной запрещеннойзоны, для многослойной структуры, состоящей из повторяющихся слоев висмутзамещенного железоиттриевого граната и оксида кремния.Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались иобсуждались на международных и всероссийских конференциях: 15-th SoftMagnetic Materials conference (SMM) Bilbao, Spain (2001); ISPMM/ISAMPT 2001conference (Taiwan); 46-th Magnetism and Magnetic Materials conference (MMM)Washington (2001); международная школа-семинар «Новые магнитныематериалы микроэлектроники» (НМММ) XVIII/XIX, Москва (2002/2004);Moscow International Symposium on Magnetism (MISM), Москва (2002);симпозиум «Порядок, беспорядок и свойства оксидов» (ODPO), Сочи (2002,2003); международная конференции "Функциональные материалы" (ICFM),Крым, Украина (2003); International Symposium on Advanced Magnetic Materials(ISAM2) Yokohama, Japan (2003); TUT International Workshop on novelElectromagnetic Functions of Nano-scaled Materials, Toyohashi, Japan (2003);International Magnetics Conference (MMM-Intermag) California (USA)/Nagoya(Japan) (2004/2005); Euro-Asian symposium "Trends in Magnetism" (Eastmag)Красноярск, Россия (2004).6Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в 8 статьях и13 тезисах докладов, список которых приведен в конце автореферата.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шестиглав, заключения, списка литературы. Полный объем работы - 139 страницмашинописного текста, включая 52 рисунка, 4 таблицы и библиографию из125 наименований.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность исследования рассматриваемыхв диссертации проблем, сформулирована цель работы. Обозначена научнаяновизна и практическая ценность работы, дана краткая характеристикаосновных разделов диссертации.