Магниторефрактивный эффект и магнитооптические спектры нанокомпозитов в видимой и ИК области спектра

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультетНа правах рукописиЮрасов Алексей НиколаевичМАГНИТОРЕФРАКТИВНЫЙ ЭФФЕКТ И МАГНИТООПТИЧЕСКИЕСПЕКТРЫ НАНОКОМПОЗИТОВ В ВИДИМОЙ И ИК ОБЛАСТИСПЕКТРАСпециальность 01.04.11 – физика магнитных явленийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква – 2003Работа выполнена на кафедре магнетизма физического факультетаМосковского государственного университета им.

М.В.Ломоносова.Научные руководители :доктор физико-математических наук,профессор А. Б. ГрановскийОфициальные оппоненты :доктор физико-математических наук,профессор П. Н. Стеценкокандидат физико-математических наук,ст.н.с. Б. А. АронзонВедущая организация :Физико-технический институт УрОРАН г. ИжевскЗащита состоитсяДиссертационного«_18__» декабря 2003 года в 15-30 часов на заседанииСоветаК501.001.02физическогофакультетаМосковского государственного университета им.

М.В.Ломоносова по адресу:119899, ГСП, Москва, Воробьевы Горы, МГУ, физический факультет,аудитория ЮФАС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ.Автореферат разослан «18» ноября 2003 года.Ученый секретарь СоветаКандидат физико-математических наук,И. А. НиканороваОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыгранулысразмеромМагнитные нанокомпозиты, в которых ферромагнитныеблизкимкоднодоменномухаотическирасположенывдиэлектрической матрице, представляют собой класс наноструктурных магнитныхматериалов с необычными и перспективными для практических приложений свойствами.Наличие в таких системах гигантского и туннельного магнитосопротивления, гигантскогоаномального эффекта Холла, большой магнитооптической активности, аномальногооптического поглощения и др.

представляет как фундаментальный, так и практическийинтерес. Недавно в этих системах обнаружен и новый магнитооптический эффект магниторефрактивный эффект (МРЭ), который состоит в значительном измененииоптических параметров нанокомпозитов с туннельным магнитосопротивлением при ихнамагничивании.Принципиальным отличием нанокомпозитов от гранулированных систем металлметалл является наличие перехода металл-диэлектрик при определенной концентрацииметалла, называемой порогом перколяции.

Вблизи этого перехода кардинально меняютсявсе свойства нанокомпозитов. Наличие туннельных контактов вблизи порога перколяции,классического и квантового размерного эффекта приводит к многообразию наблюдаемыхэффектов.Наряду с трехмерными нанокомпозитами металл-диэлектрик, большой интереспредставляюттрехмерныесистемыферромагнитныйметалл–немагнитныйполупроводник и ферромагнитный металл – антиферромагнетик, а также квазидвумерныегибридные мультислои, в которых ультратонкие слои нанокомпозитов разделеныдиэлектрическими прослойками.К настоящему времени отсутствует теоретическое описание оптических и особенномагнитооптических свойств таких систем.

Создание теории является необходимым дляинтерпретации экспериментальных результатов, для поиска новых материалов,дляразработки методов оптической спектроскопии неоднородных материалов, а также в связисобщейзадачейописаниявзаимодействияэлектромагнитногоизлученияснеоднородными средами.Целью данной работы явилось теоретическое исследование оптических имагнитооптических свойств ферромагнитных нанокомпозитов и систем на их основе, типагибридных мультислоев, включающее:1.Расчет и интерпретацию оптических и магнитооптических спектровферромагнитных нанокомпозитов в рамках методов эффективной среды с учетомквазиклассического размерного эффекта.2.Теоретическое исследование оптических и магнитооптических свойствгибридных мультислоев3.

Построение теории магниторефрактивного эффектав нанокомпозитах,исследование его поляризационной и угловой зависимости.Научная новизна и практическая ценность работы состоит в следующем:1.В рамках симметризованного приближения Максвелла-Гарнетта развит методописаниямагнитооптическихспектровнанокомпозитовсучетомквазиклассического размерного эффекта и конфокальности эллипсоидальныхчастиц ячеек среды.2.Впервые показано, что квазиклассический размерный эффект может оказыватьсущественноевлияниекакнаоптические,такиособеннонамагнитооптические спектры ферромагнитных гранулированных сплавов ввидимой и ИК области спектра.3.Рассчитаны оптические и магнитооптические спектры гибридных мультислоев.4.ПостроенатеорияМРЭприпрохождениииотражениисветадлянанокомпозитов.Полученные результаты успешно применены для объяснения экспериментальных данныхпо магнитооптическим спектрам нанокомпозитов Co-Al2O3 и Co-CoO, по оптическим имагнитооптическимспектрамквазидумерныхмультислоевCo-SiO2ипомагниторефрактивному эффекту на пленках Co-Al2O3, а также могут быть использованыдля поиска материалов с большой магнитооптической активностью.Основные результаты диссертации,которые выносятся на защиту, можносформулировать следующим образом:1.

Квазиклассический размерный эффект оказывает существенное влияние наоптический отклик гранулированной системы вблизи порога перколяции в ближней ИКобласти, но не существенен для оптических спектров разбавленных систем.2. Показано, что размерный эффект изменяет амплитуду, профиль и даже знакмагнитооптического сигнала в ближней ИК области спектра. Размерный эффект ярковыражен в системах с большим аномальным эффектом Холла. Учет всех поправок,связанныхсразмернымэкспериментальныеданныегранулированных сплавов.эффектом,дляпозволяетоптическихлучшеиописатьимеющиесямагнитооптическихсвойствМРЭ3.внанокомпозитахобусловленналичиемтуннельногомагнитосопротивления, значительно больше чем в металлических слоях с гигантскиммагнитосопротивлениемиможетнадвапорядкапревышатьтрадиционныемагнитооптические явления.

Спин-зависящее туннелирование существует вплоть дооптических частот. Максимального значения МРЭ на отражении достигает для pполяризованного света при угле падения близком к углу падения Брюстера.4. В условиях интерференции света МРЭ значительно возрастает, что позволяетусилить МРЭ.5. Рассчитаны оптические и магнитооптические спектры гибридных систем врамкахмакроскопическойфренелевскоймагнитооптикисиспользованиеммодифицированного метода эффективной среды. Аномально высокое оптическоепоглощение и высокая магнитооптическая активность в гибридных мультислоях связаны сблизостьюкомпозиционногосоставаслоевкпорогуперколяциииналичиеминтерференции.Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались намеждународных и всероссийских конференциях: XVII и XVIII Международных школахсеминарах “Новые магнитные материалы микроэлектроники”, Москва(2002, 2000);Международном симпозиуме “Порядок, беспорядок и свойства оксидов - ODPO-2002”,Сочи, (2002);Euro-Asian symposium "Trends in Magnetism", Ekaterinburg, (2001);Conference on Advanced Magneto-Resistive Materials, Ekaterinburg, (2001); Joint EuropeanMagnetic Symposium, Grenoble, (2001); International Baikal Scientific Conference "MagneticMaterials", Irkutsk, (2001); Symposium on Spin-Electronics, Halle, Germany, (2000); Второймеждународной конференции "Фундаментальные проблемы физики", Саратов, (2000);Второй объединенной конференции по магнитоэлектронике, Екатеринбург, (2000);Moscow International Symposium on Magnetism, Moscow, (1999); на международнойконференции молодых ученых и специалистов "Оптика-99", Санкт-Петербург, (1999); атакже на Ломоносовских чтениях (1999, 2001), Международной зимней школе физиковтеоретиков Коуровка-2000, Екатеринбург, (2000); и международных конференцияхаспирантов и студентов “Ломоносов” (1999, 2000, 2002).Публикации Основные результаты диссертации опубликованы в 9 статьях, 4 трудахконференции и 11 тезисах докладов, список которых приведен в конце автореферата.Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из введения, четырех глав,заключения,Полныйспискалитературы.объемдиссертации-100страницмашинописного текста, включая 25 рисунков и библиографию из 101 наименования.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведенииобоснованаактуальностьтемыдиссертационнойработы,сформулирована цель работы и дана краткая характеристика разделов диссертации.Первая глава посвящена обзору теоретических и экспериментальных работ поизучению оптических и магнитооптических свойств гранулированных сплавов.Параграф 1.1.1 посвящен обзору методов описания оптических спектровгранулированных сплавов.Параграф 1.1.2 посвящен определению методов эффективной среды.Впараграфах1.1.3-1.1.5подробнорассматриваютсяосновныеметодыэффективной среды.