Диссертация (1103182), страница 15
Текст из файла (страница 15)
В случае диоксида титана, допированного 3dэлементами (кобальтом, титаном, железом) наиболее распространеннымимоделями возникновения собственного ферромагнетизма при температурахвышекомнатнойявляются:модельРККИвзаимодействиямеждумагнитными ионами за счёт свободных носителей и ферромагнетизм за счётдефектов.Для выяснения природы собственного ферромагнетизма в плёнкахдиоксида титана, допированного ванадием, мы провели сравнение спектровЭЭК для Ti0,99V0,01O2–δ с полученными ранее спектрами Ti0,987Co0,013O2–δ[150],[151].
Были исследованы три образца Ti0,99V0,01O2–δ с различнымиэлектрическимисвойствами(проводящий,полупроводниковыйидиэлектрический).Ренгтеноструктурный анализ Ti0,99V0,01O2–δ показал, что в образцахприсутствует смесь фаз анатаза и рутила, без признаков вторичных фаз на120Рис. 5.5. Петли гистерезиса для тонких плёнок TiO2:1,3%Co и TiO2:1%V[151].Рис.
5.6. Спектральные зависимости ЭЭК для тонких плёнок TiO2:1,3%Co[113] и TiO2:1%V. Графики TiO2:1%V представлены для проводящего(conductive),полупроводникового(dielectric) образцов (T = 74 К).(semiconductive)идиэлектрического121основеванадия.ЭнергодисперсионнаярентгеновскаяспектроскопияTi0,99V0,01O2–δ показала отсутствие нежелательных примесей железа иликобальта [113]. Исследования намагниченности показали ферромагнитноеповедение образцов, типичное как для TiO2:V с другими концентрациямиванадия, так и для TiO2:Со.
Намагниченность насыщения Ti0,99V0,01O2–δсоставила 0,9 и 0,63 µB/атом для полупроводниковой и диэлектрическойплёнок соответственно.На рис. 5.5 показана петля гистерезиса для диэлектрического образцаTi0,99V0,01O2–δ в сравнении с петлёй для Ti0,987Co0,013O2–δ [151]. Несмотря на то,что образцы, допированные кобальтом и ванадием, различаются понамагниченности всего в два раза, магнитооптический отклик в нихотличается на два порядка (рис 5.6). Для образцов с ванадием величина ЭЭКсопоставима с уровнем шумов (2·10-5).Магнитооптические спектры позволяют сделать выводы о плотностизонных состояний, характеризующих магнитный ион. Форма спектров ивеличина ЭЭК может быть использована для определения присутствия 3dкластеров в исследуемом образце.
Удивительно, но ни один из измеренныхспектров ЭЭК не указывает на наличие спин-орбитального взаимодействияпримесей ванадия с матрицей TiO2, несмотря на достаточно большоезначение магнитного момента на атом примеси, обнаруженного приизмерениях намагниченности (рис. 5.5). Из отсутствия магнитооптическогоотклика следует, что магнитный момент ванадия не может быть источникомферромагнитных свойств.
Также это косвенного подтверждает отсутствие вплёнках ферромагнитных примесных кластеров железа и кобальта.В отличие от образцов, допированных кобальтом, в Ti0,99V0,01O2–δ небыло никаких признаков новых спин-поляризованных состояний внутризапрещённой зоны, приводящих к появлению новых магнитооптическихпереходов.Анализ спектров ЭЭК показывает, что величина ЭЭК не меняется приизменении сопротивления TiO2:1%V. Этот факт так же, как отсутствие122аномального эффекта Холла [150],[151] и рентгеновского МКД [113],[150] налинии поглощения ванадия и слабая зависимость намагниченности отсопротивления(приизменениисопротивленияна13порядковнамагниченность менялась всего в 1,5 раза [113]) свидетельствует о том, чтоприрода собственного ферромагнетизма в образцах диоксида титана,допированных кобальтом и ванадием различна.
В отличие от оксидовTiO2:Со с малой концентрацией кобальта, где собственный ферромагнетизмвозникает за счёт косвенного обменного взаимодействия [151], основнойвклад в собственный ферромагнетизм пленки Ti0,99V0,01O2-δ не связан сосвободными носителями или локальным магнитным моментом на ионеванадия.Совокупностьполученныхэкспериментальныхданныхподдерживает гипотезу о природе ферромагнетизма за счёт дефектов.Поскольку у тонких плёнок TiO2, изготовленных тем же способом безванадия, величина намагниченности незначительна. Это означает, что еслиатомы ванадия не несут магнитный момент сами, они могут создаватьдефекты с магнитными моментами или стонеровский ферромагнетизм впримесной зоне [152].
Подобный вывод также согласуется с даннымипозитронной аннигиляционной спектроскопии: увеличение намагниченностинасыщения плёнок хорошо коррелирует с более высокой плотностьюотрицательно заряженных структурных дефектов [113].§ 5.3. Заключение к главе 51. Получены температурные, спектральные и полевые зависимостиЭЭК для разбавленных магнитных полупроводников GaMnAs и GaMnSb,приготовленных методом лазерной абляции.2. При исследовании магнитооптических свойств серии образцовGaMnAsиGaMnSb,приготовленныхметодомлазернойабляции,123установлено, что ферромагнетизм при температуре Т > 300 К обусловленналичием кластеров MnAs(Sb).3. Собственныйферромагнетизм для GaMnAs обнаружен только вобласти низких температур Т < 80 К и для образцов с наименьшейконцентрацией марганца (х ~ 0,13), полученных осаждением на подложкипри комнатной температуре.4.
Впервые получены спектральные зависимости ЭЭК для тонкихплёнок диоксида титана, допированного ванадием.5. Установлено, что магнитооптический отклик для образцов TiO2:Vсущественно меньше, чем для аналогичных образцов, допированныхкобальтом, что указывает на различную природу ферромагнетизма вдиоксидах титана допированных ванадием и кобальтом. В отличие отоксидов TiO2:Со с малой концентрацией кобальта, где собственныйферромагнетизм возникает за счёт косвенного обменного взаимодействия,основной вклад в собственныйферромагнетизм пленки Ti0,99V0,01O2-δ несвязан со свободными носителями или локальным магнитным моментом наионе ванадия.
Совокупность полученных экспериментальных данныхподдерживает гипотезу о природе ферромагнетизма за счёт дефектов.124Основные результаты1. Получены температурные, спектральные и полевые зависимостиЭЭК для тройных и четверных Ni-Mn-содержащих сплавов Гейслера.Исследования проведены в диапазоне энергий 0,5–4,0 эВ, при 20–380 К, вполях до 3 кЭ для образцов различных составов и типов (объёмных поли- имонокристаллических образцов, лент и плёнок).2.ИзсравнительногоанализаспектровЭЭКприразличныхтемпературах установлено, что магнитоструктурный (мартенситный) переходу исследованных сплавов не сопровождается существенной перестройкойэлектронной структуры в области энергий 0,5–4,0 эВ.3.Присравнительноманализетемпературныхзависимостейнамагниченности и ЭЭК для тройных и четверных нестехиометрическихсплавов Гейслера установлено, что параметры мартенситного перехода (види ширина петли температурного гистерезиса, температуры прямого иобратного перехода) в приповерхностном слое и объёме различаются.4.
Показано, что положение и интенсивность пиков в спектрахэкваториальногоэффектаКеррадлясплавовГейслеразависятототносительной концентрации и типа 3d-металлов. Это доказывает, чтонаиболее интенсивные пики в магнитооптических спектрах связаны спереходами между 3d-уровнями переходных металлов, гибридизированных сs- и p-уровнями.5. Получены температурные, спектральные и полевые зависимостиЭЭК для разбавленных магнитных полупроводников GaMnAs, GaMnSb,приготовленныхметодомлазернойабляции.Установлено,что125ферромагнетизм при температуре Т > 300 К обусловлен наличием кластеровMnAs(Sb).6.
Собственный ферромагнетизм в приготовленных методом лазернойабляции образцах Ga1–хMnхAs обнаружен только в области низкихтемператур Т < 80 К и при концентрации марганца х ~ 0,13.7. Впервые получены спектральные зависимости ЭЭК для тонкихплёнок диоксида титана, допированного ванадием. Установлено, чтомагнитооптический отклик для образцов TiO2:V существенно меньше, чемдля аналогичных образцов, допированных кобальтом, что указывает наразличную природу ферромагнетизма в диоксидах титана допированныхванадием и кобальтом.126В заключение хочу выразить глубокую благодарность моему научномуруководителю Елене Александровне Ганьшиной за помощь в выборе темы,полезные советы при проведении исследований и моральную поддержку.Также выражаю благодарность Александру Борисовичу Грановскому завысказанные им ценные замечания. Кроме того, благодарю В.
А. Черненко иБ. Эрнандо (Испания), И. С. Дубенко (США), В. В. Ховайло (НИТУ«МИСиС»), Ю. А. Данилова (ННГУ им. Лобачевского), А. Ф. Орлова (АО«Гиредмет») и их коллег за предоставление интересных образцов дляисследований.127Список сокращений и условных обозначенийDOS — плотность состояний (density of states)eV — электрон-вольтFC — режим «охлаждения в поле» (field cooling)MCD — магнитный круговой дихроизм (magnetic circular dichroism)Oe, kOe — эрстед, килоэрстедSC — образец, медленно охлаждённый (slowly cooled)TKE — экваториальный эффект Керра (transversal Kerr effect)WQ — образец, закалённый в воде (water quenched)ZFC — режим «охлаждения без поля» (zero field cooling)АЦП — аналого-цифровой преобразовательГЦК — гранецентрированная кубическая решёткаИЛО — импульсное лазерное осаждениеМКД — магнитный круговой дихроизмМЭК — меридиональный эффект КерраПМФ — полуметаллический ферромагнетикПЭК — полярный эффект КерраРМП — разбавленный магнитный полупроводникФЭУ — фотоэлектронный умножительЭЭК — экваториальный эффект Керра128Список использованной литературы[1] Graf T., Felser C., and Parkin S.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
