Диссертация (1090233), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

Во-первых, вэтой области четные магнитооптические эффекты, определяемые каквкладами в диагональные элементы, так и недиагональнымикомпонентами тензора диэлектрической проницаемости, отнюдь немалы и могут давать значительные вклады в магнитоотражение и63магнитопропускание (см., например, [111] и ссылки в этой работе).Экспериментальноеразделениевкладовчетныхпополюинамагниченности магнитооптических эффектов и МРЭ остаетсянерешенной проблемой. Во-вторых, в манганитах приложениесильного магнитного поля может влиять на соотношение различныхмагнитных фаз, электронную структуру и на межзонные переходы,одновременно изменяя как первый, так и второй член в выражении(1.42).

В-третьих, достаточно сильное магнитное поле можетизменять и характерные резонансные частоты взаимодействия светас манганитами, например, за счет магнитострикции или эффекта Яна–Теллера.В[32,112]приведенырезультатыисследованиямагнитоотражения и магнитопропускания в видимой области спектраэпитаксиальных пленок La0.7Ca0.3MnO3 и La0.9Ag0.1MnO3 различнойтолщиной. Причиной выбора разных составов являлось изучениевлияния одно- и двухвалентного замещения лантана на МРЭ. Дляэтих составов хорошо изучены магнитные, магнитотранспортные иоптические свойства, а также особенности МРЭ в ИК-областиспектра [110, 113], что позволяет провести сравнительный анализмеханизмов магнитоотражения и магнитопропускания в видимой иИК-области спектра.64В работе [114] представлены результаты изучения природыэффектов R/R и t/t в видимой и ИК областях спектра в манганитахс колоссальным магнитосопротивлением. В качестве модельногоматериала был выбран состав La0,7Ca0,3MnO3 с хорошо изученнымисвойствами.Образцамиподложках(001)LaAlO3,служилиэпитаксиальныеполученныеметодомпленкинахимическогоосаждения из паров металлоорганических соединений (MOCVD), атакже монокристаллы, выращенных методом зонной плавки срадиационным нагревом, с различной степенью однородностихимического состава полированной поверхности.

Необходимостьисследования магнитоотражения в монокристаллах обусловленадеформацией спектров ИК отражения плёнок за счёт вкладаотраженияотграницыплёнка-подложка.Былиобнаруженыгигантские эффекты магнитоотражения и магнитопропусканиянеполяризованного света в легированном манганите в широкойспектральной области [114].Спектры R/R кристаллов имеют максимумы ~+2% и 4 % при=12-15 мкм, близкому значению времени релаксации носителейзаряда ~5*10-15 с, что соответствует теории МРЭ (Рис. 1.12а).Оценка R/R согласно [27] дала максимальное значение ~+5% длякристалла 1, что близко к экспериментальным данным.

Сравнениерезультатов для кристаллов 1 и 2, различающихся по однородности65химсостава (кристалл 2 менее однороден, чем кристалл 1),свидетельствует о том, что композиционные (и соответствующиемагнитные) неоднородности поверхности уменьшают величину R/R[114].Рис. 1.12 Спектры: а) R/R в магнитном поле Н=3 кЭ параллельномповерхности плёнок и кристаллов, b) t/t света при Н=8 кЭ перпендикулярномповерхности плёнок La0.7Ca0.3MnO3 при температурах максимумов эффектов.Установлено, что значение R/R в ИК спектрах слабо напряжённыхплёнок увеличивается до 10-20% за счёт неоднократного прохождениясвета через плёнку.

В напряжённых плёнках (например, Рис.1.12 а) в ИК66спектре R/R появляется резонансо-подобный вклад в области минимумаперед первой фононной полосой в спектре отражения, приводящий кпоявлению отрицательного магнитоотражения. В ИК спектрах t/t этотвклад отсутствует (Рис.1.12 b). Для объяснения резонанса предложенмеханизм, связанный с изменением положения минимума, связанного сизменением положения и ширины полос в спектре отражения света, поддействием магнитного поля.Магнитоотражение (%)E, eV3.11.552.071.241201-22-4Магнитопропускание (%)a)b)20-20,40,60,81,01,2Длина волны (мкм)Рис.

1.13 Спектры (а) R/R в магнитном поле 11 кЭ [В┴(001)] для плёнокLa0.7Ca0.3MnO3 толщиной 50 нм (1) и 320 нм (2) при T=265 K; (b) t/t плёнки 180 нм вполе 2.8 кЭ [В|| (001)].В видимой области спектра в =0.35–1 µm МРЭ имеет другуюприроду и не описывается в рамках теории МРЭ [27]. В спектре t/t67появляется минимум, а в спектре R/R может произойти смена знака наположительный (например, Рис. 1.13) или остаться отрицательным.Важным фактом является то, что в видимой области МРЭ достигаетбольших величин в слабых магнитных полях в слабых магнитных полях снаправлением вектора магнитной индукции в плоскости пленки [В||(001)]. Было показано, что в видимой области спектра поведение t()/t иR()/R связано с влиянием магнитного поля на межзонные переходы.Наличие смены знака или минимума в спектрах R()/R объясняется врамках механизма образования резонансо-подобной полосы [94].В монокристаллах и плёнках La0.7Ca0.3MnO3 в ИК области спектразависимость R(Т)/R подобна (Т)/ (например, для монокристалловРис.

1.14), что является доказательством того, что магнитоотражениеявляется оптическим откликом на КМС и соответствует теории МРЭ дляманганитов [27]. Важным является то, что R(T)/R несёт информацию оприсутствиимагнитныхнеоднородностейвповерхностномслоеманганита. Например, кривая (Т)/ для кристалла 2 демонстрируетприсутствие двух ферромагнитных фаз с разными68Рис.1.14 Температурные зависимости a) R/R при λ=12.5 мкм и b)магнитосопротивления / для кристаллов 1 и 2 La0.7Ca0.3MnO3 в магнитном поле 3 кЭмагнитосопротивлением и ТС, а кривая R(T)/R –отклик на эти фазы.Такимобразомможнопредложитьоригинальнуюметодику,позволяющую бесконтактно аттестовать качество поверхностейматериалов, обладающих МРЭ[114].Сравнительный анализ зависимостей R(Т,Н)/R, t(Т,Н)/t и (Т,Н)/показал, что в ИК области спектра МРЭ является оптическим откликомтолько на колоссальное магнитосопротивление.

В видимой областиспектра зависимость R(T)/R усложняется, что проявляется в наличииэффекта при T>TC и при T<TC, в резком изменении R(T)/R при низкихтемпературах вплоть до смены знака и в отсутствии корреляции69междуR(T)/R и (Т)/. Оценка R(T)/R по теории МРЭ показала, чтоэтотвкладсоставляющийR(T)/R ~+0.3%при=0.75µmвтемпературном интервале 230–300 К с максимумом при 255 К, мал и неопределяет поведение R/R [114].Всевышеизложенноепозволяетпредложитьновыйспособуправления интенсивностью отражённого и прошедшего света внамагниченном материале, а также с учетом того, что величинымагнитопропускания и магнитоотражения меньше, чем в ИК-областиспектра, но в несколько раз превышают линейные магнитооптическиеэффекты, в результате чего МРЭ, будучи негиротропным эффектом,можно исключить анализаторы и поляризаторы света из оптическойсхемы [114].Такое разнообразие экспериментальных фактов, без сомнения,нуждается в теоретическом исследовании.

Теоретическому анализу МРЭв ферромагнитных нанокомпозитах и манганитах посвящены две главынастоящей диссертации-вторая и третья.701.5Магниторезистивныйнаноэлектроники.эффектвВозможностиприборахбесконтактногоизмерения магнитосопротивления.Термин наноизделие подразумевает, что хотя бы один размернаходится в диапазоне 1-100 нм и при этом данный размерсущественен для функции данногоизделия. В настоящее времяособый интерес наблюдается в области магнитной спинтроники,которая является разделом магнитной наэлектроники.

Повышенныйинтерес связан, прежде всего, с разработкой тонкопленочныхинтегральныхмагнитныхустройствиэлементов,которыеперспективны в самых разных отраслях [1]. Важным направлениемявляетсяисследованиемагнитополупроводниковыхструктур,обладающих магниторезистивным эффектом. Направление возниклов ходе исследований регистровых запоминающих устройств наосновеплоскихмагнитныхдоменов[115],цилиндрическихмагнитных доменов [116, 117], вертикальных блоховских линий[118].Всвязисоткрытиемв1988годугигантскогомагниторезистивного эффекта, в 2003 фирмой Motorola был начатвыпуск4-Мбитногооднокристальногоспин-туннельногомагниторезистивного запоминающего устройства с произвольнойвыборкой (MRAM) [1], выпускаются головки считывания, датчики71магнитногополяитока,гальваническиеразвязки[119],разрабатываются логические элементы, спиновые транзисторы,нейрочипы[120-122].

Перспективные для использования эффектыбыли обнаружены в магнитных пленках: в 70-ые годы XX-го векабыл открыт спин-туннельный эффект [123], в 1988 году всверхрешетках Fe/Cr- гигантский магниторезистивный эффект [124]в основе которого лежит перенос спин-поляризованных электронов,в 1992 году в структурах с низкорезистивными прослойками – спинвентильный эффект [125] и гигантский магниторезистивный эффектв гранулированных системах [126].В настоящее время активно разрабатываются элементы сиспользованиемспинтронныхнаноструктурсозначительныммагниторезистивным эффектом, что позволяет увеличить плотностьзаписываемойисчитываемойинформации,чувствительностьсенсоров и создать новые типы тонкопленочных элементов[1].Магниторезистивныйэффектсостоитвизменениисопротивления материала под действием магнитного поля.

Внастоящее время основной интерес представляют гранулированныепленки из малоразмерных магнитных наночастиц в диэлектрическойматрице[127-129].Прикомнатнойтемпературемагнитосопротивление может быть как положительное, так и72отрицательноеидостигатьблагодаряспин-зависящемутуннелированию величины до 10% [1].Настоящая работа позволяет однозначным образом связатьмагнеторефрактивный и магниторезистивный эффекты[94].

Авторомпоказано, что при малых углах падения света в магнитныхнанокомпозитах, а также в манганитах МРЭ прямо пропорционаленмагнитосопротивлению, причем коэффициент пропорциональностифункция оптических параметров, которые могут быть измереныстандартными методами[1]. Таким образом, измеряя величину МРЭ иоптическиепараметрыможномагнитосопротивление наноструктур.73бесконтактноизмерятьГлава2.МАГНИТОРЕФРАКТИВНЫЙЭФФЕКТВНАНОКОМПОЗИТАХ2.1 Особенности частотной зависимости МРЭ длянанокомпозитов.Магниторефрактивный эффект (МРЭ) является частотныманалогом гигантского магнитосопротивления и состоит в изменениикоэффициентов отражения R, пропускания T и поглощения A светаобразцов со значительным магнитосопротивлением (МС) при ихнамагничивании [94, 107].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.

В магнитных материалах сгигантским, туннельным или колоссальным МС(нанокомпозиты,манганиты и др.) проводимость () значительно изменяется принамагничивании и поэтому определяющая индексы рефракциидиэлектрическая проницаемость () : ( )   r ( )  i4 ( ),74(2.1)линейно связанная с проводимостью (), также является функциейприложенного магнитного поля, где r() – диэлектрическаяпроницаемость, учитывающая вклад токов смещения. МРЭ долженпроявляться наиболее ярко в ИК области спектра, где внутризонныепереходы играют доминирующую роль, при этом он может бытьзначительным и в других областях спектра.МРЭнаблюдаетсявметаллическихмультислояхигранулированных сплавах с гигантским МС, манганитах а вмагнитныхнанокомпозитахстуннельнымМСизменениекоэффициента отражения при намагничивании достигает 1.5 % , чтона два порядка превышает традиционные МО эффекты [94, 107, 130].В данной главе развита теория МРЭ в магнитных нанокомпозитахметалл-диэлектрик на отражении при нормальном падении света.

Характеристики

Список файлов диссертации