Диссертация (1090233), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Магниторефрактивный эффект в наноструктурахОткрытие в 1845 г. эффекта Фарадея ознаменовало началоисследованиймеханизмоввзаимодействияэлектромагнитногоизлучения с намагниченными материалами. Однако традиционныемагнитооптические эффекты Фарадея и Керра малы в силу ихрелятивистского происхождения [92]. Поэтому для увеличенияизменения интенсивности прошедшего и/или отражённого света поддействиемусилениямагнитногополянеобходиммагнитооптическихмагнитооптическихэффектовпоискэффектов,ивозможностейпоисксоответствующихновыхматериалов.Одним из перспективных эффектов является магниторефрактивныйэффект (МРЭ), который представляет собой частотный аналоггигантскогомагнитосопротивленияисостоитв изменениикоэффициентов отражения R, пропускания T и поглощения A светаобразцов со значительным магнитосопротивлением (МС) при ихнамагничивании [27, 93-94].В 1995 г.

Жакэ и Валетт [93] для обозначения специфическогомеханизма изменения коэффициентов отражения и поглощения ИКизлученияпринамагничиваниимагнитныхметаллическихмультислоев с гигантским магнитосопротивлением (Δρ/ρ) ввелитермин “магниторефрактивный эффект” (МРЭ).55Этот терминозначает изменение оптических индексов рефракции n и k приприложениимагнитногополязасчетизмененияэлектросопротивления (ρ). В ИК-области спектра в металлах,связанные со спин-орбитальным взаимодействием (CОВ), четные инечетные магнитооптические эффекты малы, непосредственнымвлиянием внешнего магнитного поля на электронную структуру ипоглощением решеткой можно пренебречь, и основную роль воптических свойствах играют внутризонные оптические переходы.Поэтому, так как диэлектрическая проницаемость (диагональныекомпоненты) ( , H )   r ( , H )  i4 ( , H )    i   (n  ik )2(1.42)линейно зависит от проводимости  ( , H ) , изменяющейся принамагничивании образца во внешнем магнитном поле H , то тольковторой член в выражении (1.42) определяет магнитоотражение имагнитопропускание, и именно он ответственен за МРЭ.

Здесь r() –диэлектрическаяпроницаемость,учитывающаявкладтоковсмещения. МРЭ должен проявляться наиболее ярко в ИК областиспектра, где внутризонные переходы играют доминирующую роль.Впоследствии термин МРЭ, характеризующий высокочастотныйотклик на магнитосопротивление (МС), стал применяться к любымсистемам со значительным Δρ/ρ, в том числе с туннельным иколоссальным МС, причем не только в ИК, но и в СВЧ диапазоне56[27]. Более того, этот термин стал использоваться практически дляобозначения всех, за исключением традиционных чётных и нечётныхмагнитооптическихявлений,механизмовмагнитоотраженияимагнитопропускания, то есть, для обозначения всех механизмов, неопределяемых СОВ.

Так, например, МРЭ называют вклады вмагнитоотражение и магнитопропускание, связанные с влияниеммагнитного поля на межзонные оптические переходы (первый член в(1.42)) [95], и с влиянием магнитного поля на эффективную массуполярона в немагнитных, не обладающих МС, диэлектриках (первыйчлен в (1.42)) [96], с подавлением магнитным полем эффекта ЯнаТеллера [97].

Таким образом термин МРЭ в используется в широкомсмысле для обозначения различных механизмов магнитоотражения имагнитопропускания, а не только как высокочастотный отклик наМС.Традиционные нечетные и четные по намагниченностимагнитооптические эффекты (МОЭ) связаны с влиянием спинорбитального взаимодействия (СОВ) на внутризонные (в ИК областиспектра) или межзонные (в видимой области спектра) оптическиепереходы.МРЭ не связан с СОВ и обусловлен спин-зависящимрассеянием или туннелированием.Следует отметить, что в ИК области спектра традиционныенечетные и четные по намагниченности МОЭ на отражении в57металлах и композитах не превышают 0,01%, поэтому поискматериалов с большим МРЭ имеет важное практическое значение.МРЭ можно также использовать для бесконтактного исследованиягигантского МС [94].металл-диэлектрикНаконец, исследование МРЭ в системахявляетсяпрямымметодомизучениявысокочастного спин-зависящего туннелирования.Впервые МРЭ был теоретически изучен и экспериментальноподтвержден для мультислоев Fe/Cr [93].

Теория МРЭ дляметаллических мультислоев была также развита в работах [98-100].Хотя имеются и некоторые несоответствия в результатах этих работ(см. например, обсуждение в [100]) относительно величины ичастотной зависимости МРЭ, эффект уверенно наблюдается вближней ИК области спектра и на отражении составляет порядка 0,10,5% [93, 100].ДалееМРЭбылэкспериментальноизмерендлягранулированных сплавов металл-металл Co-Ag [101-102] и вдостаточносильныхмагнитныхполяхнепревысил1%.Первоначально теория МРЭ в гранулированных сплавах металлметалл была построена в работе [103] и затем модифицирована в[102].Наиболее простое соотношение для МРЭ металлическихсистем было получено в [103] для спектральной области Хагена-58Рубенса (  1, где  -время релаксации электронов) принормальном падении света:R R (H  0 )  R (H )1 (H  0 )   (H )1  (1  R )  (1  R ).RR (H  0 )2 (H  0 )2(1.43)Здесь R(H=0) и R(H) – коэффициенты отражения света образцом внулевомивмагнитномполеН,(Н=0)и(Н)–электросопротивления в отсутствии магнитного поля и в магнитномполе Н, соответственно, / - абсолютное значение МС.выражения (1.43) следует, чтоИзвысокие значения МРЭ должнынаблюдаться в системах с большим МС и малым коэффициентомотражения, то есть не в металлических системах.

Действительно,значительный МРЭ был найден в гранулированных пленках металлдиэлектрик Co-Al-O [104],СоFe-(Al-O) [105],СоFe-MgF [106], и в(СоFeZr)-SiOn[107], Fe-SiO2[107]. В таких системах в ИК областиспектра он достигает рекордного значения 1.5% . Это значение былополученодлянанокомпозита(Со0.4Fe0.6)48(Mg52F)прималомотражении и большом магнитосопротивлении (7.5%) в слабомпеременном поле 1.7 кЭ. Это на два порядка превышает значенияэффектов Керра в металлических системах в данном частотномдиапазоне.

В настоящее время известно три основные возможностиувеличить значение МРЭ. В [104] показано, что МРЭ растет при59наличии интерференции. Второй способ - МРЭ увеличивается за счетмногократногоотраженияипоглощениявмагнитофотонныхкристаллах, полученных на основе гранулированных сплавов [108] и,наконец, с помощью подбора резонансной частоты плазмонов.В работах [101, 102] для гранулированных сплавов металлметалл и в работах [106, 107], посвященных нанокомпозитам былаэкспериментальнопоказанакорреляциямеждуМРЭимагнитосопротивлением. В двух последних работах такая корреляциябыла получена и для полевых, и для концентрационных зависимостей.Экспериментальнотакжебылоустановлено,чтовнанокомпозитах МРЭ достигает максимальных значений, когдаотражение минимально, а поглощение, наоборот, велико [105, 106].Этот факт продемонстрирован на Рис.

1.10. Также экспериментальнобыло показано, что при малых углах (до 100) поляризационныезависимости эффекта для различных световых компонент совпадают(Рис. 1.11), а при увеличении угла начинают сильно различаться [105107].60Длина волны , м1050,040-0,53020-1,010-1,55007501000 1250 1500 1750-1Волновое число , смРис. 1.10 Спектры магниторефрактивного эффекта 2000в поле Н=1700 Э(сплошная кривая) с разрешением 2 см-1, Н=1500 Э (пунктирная кривая), сразрешением4см-1икоэффициентаотраженияRH=0дляпленкигранулированного сплава (Co0,4Fe0,6)48(Mg-F)52 при усреднении по 300 сканам.61коэф.отражения R, %Магниторефрактивный эффект 20Магниторефрактивный эффект , %0.0-0.05-0.1-0.1580012001600Волновое число , см-12000Рис. 1. 11 Частотная зависимость МРЭ для естественного (пунктир) и рполяризованного света (сплошная) для гранулированной пленки(Co45Fe45Zr10)47 (SiO1.7)53; магнитное поле 1700 Э; угол падения 10.В работе [108] для сплавов металл-металл было полученоизменение знака МРЭ при изменении частоты.

(Рис 1.11). Однако этотрезультат не получил теоретического обоснования.Интересной задачей является исследование МРЭ в видимойобласти спектра, которое сейчас62находится в начальной стадии.Согласно (1.42) при переходе от ИК к видимой области спектравклад, определяемый МС, должен уменьшаться и поэтому длявидимой области спектра, имеющей наибольшее практическоезначение, этот вклад можно наблюдать только в магнетиках счрезвычайновысокимизначениямиΔρ/ρ,какимиявляютсяманганиты с колоссальным МС.

В работах [97, 109] было показано,что в видимой области спектра четный эффект магнитоотражениявблизи температуры Кюри (ТС) в манганитах La0.7Ca0.3MnO3 и(Pr0.4La0.6)0.7Ca0.3MnO3 может достигать 2% (при наклонном падениисвета под углом 45о в поле 7 кЭ), что на один-два порядка большетрадиционных нечетных магнитооптических эффектов при тех жетемпературах и длинах волн, хотя и существенно меньше, чем МРЭ вИК области. Эффект исследовался только на отражении, когдаотражение от подложки может существенно влиять на величину испектральную зависимость МРЭ тонких пленок [110], и связывался свлиянием сильного магнитного поля на поляроны [109].При исследовании МРЭ в манганитах в видимой областиспектра возникает ряд принципиальных трудностей.

Характеристики

Список файлов диссертации