Диссертация (1091440), страница 14
Текст из файла (страница 14)
41). Аппроксимация экспериментальных результатовпроведена при помощи следующих соотношений:S −out ( + M )=PЭД+ МДS −out ( − M )ЭД + МД=P2 χ 2 cos [ϕ ] sin [ϕ ] + i 2 χ МД 1 cos [ϕ ] sin [ϕ ]2 χ 2 cos [ϕ ] sin [ϕ ] − i 2 χ МД 1 cos [ϕ ] sin [ϕ ](27)Заметим, что для упрощения общего вида формула (27) приведена безучета факторов Френеля.Как следует из рис.
41, расчетные и экспериментальные зависимостисовпадают в рамках предложенной модели. Значения компонент тензоранелинейной восприимчивости, рассчитанные для длины волны накачки 860нм, приведены в табл. 9.103На основе поляризационных и азимутальных результатов выбиралосьположение образцов для проведения магнитных и магнито-поляризационныхизмерений. По поляризационным зависимостям при приложении магнитногополя (рис. 41) рассчитано изменение в максимуме интенсивности ВГ (рис.42(а)), а также угол поворота плоскости поляризации излучения (рис. 42(б)).Таблица 9.
Результаты аппроксимации поляризационных зависимостей ГВГформулой (23) для выходной поляризации S-outЗначение ненулевых компонент тензора нелинейной восприимчивости(YFeO3)1/(LaFeO3)1(YFeO3)3/(LaFeO3)3(YFeO3)5/(LaFeO3)5χ ЭД 2133139113χ53237-17ϕ0252425Из рисунка 42 (а) следует, что с увеличением числа слоев n влияниемагнитного поля на интенсивность ГВГ ослабевает (далее этот эффект будетподтверждён зависимостями коэрцитивного поля), в то время как уголповорота плоскости поляризации для n=5 максимален.
Исследования чистыхпленок показали, что и магнито-индуцированная компонента интенсивностиВГ, и угол поворота поляризации в магнитном поле максимальны в чистойпленке LFO (см. п.4.1). Магнито-индуцированный вклад в интенсивность ВГдля структуры (YFeO3)1/(LaFeO3)1 сравним с чистой ферромагнитной пленкойLFO, что может быть связано либо с максимальным количеством интерфейсов,приводящихкмаксимальнымсуммарнымвкладамэпитаксиальныхнапряжений, либо с наличием диэлектрической поляризации на интерфейсах,которая также максимальна для такой структуры (в этом случае можноговорить о возможном магнитоэлектрическом взаимодействии).104Рисунок 41. Поляризационные зависимости интенсивности ГВГ придвух различных направлениях намагниченности.Рисунок 42.
Разность значений интенсивности ВГ в максимумеполяризационной зависимости (а) и поворот направления поляризации(б) при противоположных значениях магнитного поля в зависимости отчисла слоев. n=0 соответствует чистой пленке LFO. Длина волнынакачки 860 нм.105Плавная зависимость от количества слоев без выброса в точке n=4свидетельствует, скорее, в пользу большего влияния эпитаксиальныхнапряжений.Следующим шагом было измерение МГВГ в зависимости отприложенного магнитного поля в диапазоне (-0.6; +0.6) Тл.(а)(б)(в)Рисунок 43.
(а)Полевыезависимостиинтенсивностивторойоптической гармоники в сверхрешетках (YFeO3)n/(LaFeO3)n , n = 1,3,4,5 ипленке LaFeO3. (б) Зависимость коэрцитивного поля в сверхрешетках(YFeO3)n/(LaFeO3)n,n = 1,3,4,5 и пленке LaFeO3. (в) Зависимостьмаксимального значения МГВГ в сверхрешетках (YFeO3)n/(LaFeO3)n , n =1,3,4,5 и пленке LaFeO3.Прежде всего, напомним, что зависимость интенсивности ВГ от магнитногополяпроявляетсятолькоприазимутальном106положенииобразца,соответствующем минимуму интенсивности ВГ при поляризации выходногоизлучения ВГ перпендикулярно плоскости падения (S-out).При других азимутальных положениях и поляризации выходногоизлучения в плоскости падения (P-out) зависимость от магнитного поля непроявляется,чтосвидетельствуетопреимущественномкристаллографическом вкладе в интенсивность ВГ. Магнитное полеприкладывалось в плоскости пленки.
Результаты магнитоиндуцированнойгенерации второй оптической гармоники представлены на рисунке 43 (а).Видно, что в зависимости от количества монослоев изменяется величинакоэрцитивного поля. При уменьшении количества монослоев коэрцитивноеполе увеличивается. На рисунке 43(б) показано изменение шириныкоэрцитивного поля в зависимости от структуры. Зависимость максимальногозначения МГВГ в зависимости от числа монослоев в структурах,представленная на рисунке 43(в), также свидетельствует об уменьшениимагнито-индуцированной компоненты интенсивности ГВГ.Рисунок 44. (а) Рассчитанная поляризация (Р) в зависимости от числаперовскитных элементарных ячеек (N) [38].
(б) Экспериментальнаязависимость поляризации в зависимости от количества монослоев,рассчитанная из экспериментальных данных.107Нарис.44 (а)представленрезультаттеоретическогорасчетаполяризации, проведенного в работе [38]. Поляризация рассчитывалась взависимости от числа перовскитных элементарных ячеек (N) в каждом блокесверхрешеткиLaFeO3-LnFeO.Крометого,расчетыпроводилисьвзависимости от катиона Ln - Y,Nd,Gd.Теоретические расчеты проводились с помощью трех методов расчетаполяризации: статических зарядов (рисунок 44(а), квадраты), эффективногозаряда Борна (рисунок 44(а), кружки) и фазы Берри (рисунок 44(а),треугольники).Нарисунке44(б)представленаэкспериментальнаязависимость поляризации от количества монослоев. Поскольку интенсивностьГВГпропорциональнаквадратуполяризации,даннаязависимостькачественно подтверждает теоретическую модель, приведенную в работе [38].Крометого,наличиесегнетоэлектрическойэлектро-дипольногополяризациибыловкладаподтвержденоиналичиеэлектро-индуцированной зависимостью ГВГ.
На рисунке 45 показаны полевыезависимости ГВГ в сверхрешетке YFO/LFO с единичным монослоем. Видно,что петля гистерезиса имеет только одну часть, что связано с наличием частинепереключаемой поляризации.На основании проведенного методом ГВГ анализа было подтверждено,что при комнатной температуре сверхрешетка (YFeO3)1/(LaFeO3)1 являетсясегнетоэлектриком с кристаллографической структурой, характеризуемойточечной группой mm2. Кроме того, как было показано в работе [162], вподобныхструктурахпритемпературенижеTNмогутвозникатьнеколлинеарные треугольные антиферромагнитные структуры спинов ионов,внашемслучаеFe3+,характеризуемыевосемьюразличнымипространственными группами.
При этом возможно сосуществование двухвкладов: 1) первый вклад – сегнетоэлектрический порядок с соответствующейнелинейной восприимчивостью; 2) второй вклад – билинейная функцияспонтанной поляризации и антиферромагнитного порядка (возможен лишь в108магнитоупорядоченой фазе) [162,163]. Однако, как было показано в работев[162],подобныхструктурахвторойвклад,необходимыйдлямагнитоэлектрического взаимодействия, запрещен по симметрии, но вобласти антиферромагнитных доменных стенок это взаимодействие возможноза счет разрешенного пьезоэлектрического эффекта.Рисунок 45. Полевая зависимость интенсивности второй оптическойгармоники для сверхрешетки (YFeO3)1/(LaFeO3)14.5.
Выводы по главе 4Вданнойглавеотображенырезультатыисследованиймультиферроидных свойств материалов нового типа со сверхрешетками(YFeO3)n/(LaFeO3)n (n – число монослоев в каждой паре), состоящих изцентросимметричных и, следовательно, неполярных материалов; показановозникновение в них нецентросимметричности и полярного упорядочения.Таким образом, предсказанное теоретически полярное упорядочение в такихструктурах (за счет эпитаксиальных напряжений и нескомпенсированностизарядовнаинтерфейсах)подтвержденоисследованиями.109нелинейно-оптическимиИсследованынелинейно-оптическиесвойствасверхрешеток(YFeO3)n/(LaFeO3)n. Установлено, что экспериментальные поляризационныезависимостимагнитоиндуцированногоимагнитодипольноговкладов,обладающих резонансной компонентой на частоте второй гармоники, хорошоаппроксимируются суперпозицией двух электродипольных вкладов, один изкоторыхявляетсямагнитоиндуцированным.Исследованиемагнитоиндуцированного вклада возможно при максимальном подавлениикристаллографического (электродипольного или электроквадрупольного)вклада, что может быть осуществлено путем выбора азимутальногоположения образца.Полученыспектрыпараметровгенерациивторойгармоники(интенсивности, поляризационных и азимутальных характеристик, а такжемагнитоиндуцированнойвторойгармоники)мультислойныхмультиферроидных структур YFOn/LFOn c различным числом n слоев в паре;проведено разделение электродипольного и магнитодипольного вкладов;определены оптимальные условия переключения магнитной и полярнойкомпонентвторойгармоники.Максимальнаявеличинанелинейно-оптического отклика, связанная с полярностью структуры, наблюдалась угетероструктурснечетнымчисломnзасчетмаксимальнойнескомпенсированности интерфейсного заряда, приходящегося на одинмонослой; причем, с увеличением числа n этот вклад уменьшается за счетуменьшения вклада интерфейсов.Врезультатеисследованияэффектапереключениямагнитнойкомпоненты ГВГ магнитным полем обнаружен его резко резонансныйхарактер.
Максимальный эффект переключения наблюдался при энергиифотонов 2,83эВ (отнесен нами к электро-дипольному переходу, запрещенномув однофотонном поглощении 6A1g (6S)-> 4T2g (4D)). Несмотря на то, чтонапрямую магнитная компонента не должна зависеть от числа n слоев в паре,максимальный эффект наблюдается также, как и для полярной компоненты, в110структуре с одной парой монослоев (YFeO3)1/(LaFeO3)1. Таким образом,косвеннопоказаноналичиесвязимеждудипольнойимагнитнойкомпонентами, что может свидетельствовать о магнитоэлектрическомвзаимодействии111Глава 5. ГЕНЕРАЦИЯ И ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ТГЦ ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИПОМОЩИАНТЕННПОДЛОЖКАХСНАОСНОВЕПЛЕНОККРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЙLT-GaAsНАОРИЕНТАЦИЕЙ(111)А И (100).Терагерцевая спектроскопия c временным разрешением — актуальныйи активно развивающийся в настоящее время метод диагностики различныхматериалов и биологических объектов с помощью малоинтенсивногоэлектромагнитного излучения терагерцевого диапазона частот (100 ГГц −3 ТГц).
Для генерации и детектирования терагерцевого излучения в этомметодеиспользуютсяфотопроводящиеантенны(ФПА)наосновеспецифических полупроводниковых материалов. Такие материалы должныобладать малым временем релаксации импульса (t- среднее время свободногопробега электрона/дырки между двумя последовательными столкновениями сдефектами кристаллической решетки [164]) фотовозбужденных носителейзаряда, либо их малым временем жизни.
К первому типу материалов относятсябездефектные монокристаллические пленки GaAs [79], а ко второму — пленкиGaAs,выращенныеметодоммолекулярно-лучевойэпитаксииприпониженной температуре подложки (LT-GaAs) [80].Хорошо известно, что кремний проявляет ярко выраженные амфотерныесвойства как легирующая примесь в эпитаксиальных пленках GaAs,выращенных на подложках GaAs с кристаллографической ориентацией (111)Aпри стандартных температурах роста (500−600ОC) [165] (Амфотерностьозначает в случае с кремнием значит, что он относится к промежуточнымэлементам и может проявлять как металлические так и неметаллическиесвойства).
В этом случае, меняя соотношение потоков мышьяка и галлия, наподложке GaAs (111)A можно вырастить легированные кремнием слои GaAsкак с n-, так и с p-типом проводимости [166,167]. Однако легирующиесвойства Si в пленках LT-GaAs, выращенных на подложке GaAs (111)А, ранеене исследовались.1125.1.Генерацияидетектированиетерагерцевогоизлучениявнизкотемпературных эпитаксиальных плёнках GaAs на подложках GaAsс ориентациями (100) и (111)АИсследуемые в данной работе образцы одинакового слоевого дизайнабыли выращены на полуизолирующих подложках GaAs (100) и (111)Аметодом молекулярно-лучевой эпитаксии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
