Автореферат (1103588), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Для решения этой задачи в объел1пых л1атсриалвх хорошо разработаны оптические методы с временным разрешением. Исследование динамики свойств (в том числе л1агнитных) нанорвзмсрных твердотельных структур в неравновесных условиях является следующим шагом в развитии данных лштодик, при этом динамика оптических свойств ллвссивов пвпоразмерпых частлщ демонстрирует большое разнообразие эффектов.
В частности, была показана возможность возбуждения акустических колебаний в наноструктурированых системах коротким лазерным импульсом, изучена динамика оптического отклика, связашлая с взаимодействием акустических возбуждений и поверхностных плвзмонов )23, 21). Глава 2 «1еиерацил оптической оторой гиргио71ики е гивссиее нв1юстержней 71икелло.
Глава посвящена изучению магнитооптического отклика в структуре, состоящей из массива наностержней никеля в матрице оксида алкгминия на подложке из кремния. Стержни имели диаметр г,о 1,5 о О,ОО 0.26 й о 1,О 0,5 ОС о,о 300 326 360 376 400 425 450 475 о,го Ф 0.15 Длина волны, им (а) (б) Рис. 1: (а) Изображение скола образца, получешюе методом электронной микро- скопии. (б) Рассчитанная зависимость обратного зпа |ения действительной части (сплопгвая линия) и модуля (пунктирная линия) поперечного фактора локаль- ного поля Ь1 от длины волны. 20 нм. длину 180 нм и располагались перпендикулярно подложке латсральпо пеупорядочепно со средним расстоянием 10 пм между Ооседними стержнями (рис.
1(а)), Теоретические расчеты, которые можно провести аналитически для частицы в форме эллипсоида с аспек1ным соотношением, соответствующим экспериментально исследовавшимся напостсржням (119), в приближении малости его размеров по сравнению с длиной волны )237] показывают наличие двух плазлилппых резонансов. соответствугощих колебаниям вдоль оси стержня (с длиной волны Л = 3060 т 30) и поперек нес (Л = 390 ~ 20) нм, где ошибка связана с различными табличными значепиялги восприилгчивости пикеля и превосходит поправку, связанную 10 с взаимодействием паночастиц. Рассчитанная зависимость фактора. определяющего усиление локального поля, от длины волны в коротковолновой части спектра показана на рис.
1(б). При экспериментальном изучении линейного отклика было обнаружено, что спектр отражения структуры определяется интерфоренциой в тонкой пленке, образованной наностержнями никеля в нелаагнитной матрице, тогда как спектр магнитооптического эффекта Керра (ЛЕОЭК) демонстрируст дополнительную особенность — максимум при длине волны 380 ш 5 нм. При исследовании генерации ВГ были изучены зависимости интенсивности а н О,З й 0.2 и ,*8 01 и в 720 740 780 780 800 820 840 Данна наины нааанан, ни Рис. 21 Спектр магпитоиндуцировашюго вклада в квадратичную восприимчивость при угле падения 20' и 8-поляризованном излучении накачки.
Линия соединяет экспериментальные точки. генерации ВГ от азимутального угла поворота образца, показавшие изотропность оптических свойств в плоскости структуры. Изх1ерение индикатрис рассеяния и поляризации излучения ВГ показало, что квадратичный отклик от массива напостержней является когерснтным, что проявлястся В наличии зсркалънОГО (ПО Отношению к падыОщой Волне нака1ки) максилаума ВГ и степени ее поляризации. Генерация магнитоиндуцированной второй гармоники изучалась путем измерения величины нелинейного магнитооптического эффекта Ксрра в экваториальной геометрии (11агнитное поле перпендикулярно плоскости падения), заклкачающегося в изменении интенсивности р-поляризовнной ВГ, в первом приближении линейном по намагниченности И.
Количественной характеристикой при этом служил магнитный контраст интенсивности ВГ рэ = (12 (ЛЕ) — 12. ( — ЛХ))71 71Е (ЛЕ) + 12 ( — ЛХ)), где 12 (ЛХ) и 12 .( — М) — интенсивность ВГ, измерешшя для противоположных полярностей магнитного поля. Спектры магнитного контраста измерялись путем 11 перестройки длины волны генерации лазера.
Было обнаружено увеличение магнитного контраста в окрестности длины волны 760 нм издан>щего в-поляризованного излучения (накачки). Проведенный анализ компонент т.н. кристаллографической и мапштоиндуцироваппой компонент квадратичной восприимчивости позволяет связать данный эффект с наличием резонансного поперечного фактора локального поля на частоте ВГ (длина волны ВГ 380 нм). входящего только в выражение для магнитоиндуцированного слагаемого интенсивности ВГ.
Экспериментальное изучение фазы данного слагаемого методом однолучевой интерферометрии ВГ в совокушюсти со спектрами интенсивности ВГ позволило установить зависимость магнитоиндуцированного вклада в нелинейную поляризацию от длины волны. представленную па рис. 2. Хорошо видно усиление (до 3,5 раз) этого вклада при длине волны второй гармоники, с(ютветствующей максимуму в спектре линейного магнитооптического эффекта Керра и теоретически рассчитанному положению попсре*шого плазмоппого резонанса эллипсоидной частицы никеля. Глава 3 чИсследоооние струк гилр с неоднородной номагетченностью». Глава посвящена экспериментальному изучепшо особенностей генерации ВГ в двух типах структур: трехслойная структура %Ге — СоГс(10нм)/А1зОз(20нм)/СоГс(20пм), где разная коэрцитивпость слоев приводит к неоднородному распределению намагниченности по нормали к поверхностям, и планарный массив кобальтовых наночастиц, в которых благодаря асимметричной форме создавалось одинаковое контролируемое вихревое состояние, Изучение линейного магнитооптичсского эффекта Ксрра показало, что поремагпичивание трехслойной структуры происходит в два этапа, что связано с вкладами в магнитооптический эффект от двух слоев, имен>щих разные коэрцитивности, опредслснныс из экспериментальных данных как Н„=- 14 Э и Н„, = 93 Э.
Аналогичные зависимости (петли гистерезиса) были получены при исследовании зависимости эффективности генерации р-поляризованной ВГ от внешнего поля. Для описания этой зависимости использовалась модель, учитывая>щая т.н. «кристаллографическийь нсмагнитный вклад в поляризацию на частоте ВГ, связанный с наличием поверхности и границ раздела (рчн), и магнитоипдуцировапную нелинейную поляризацию от границ раздела с двумя ферромагнитными слоями 1ро), ~рес 4 роли+ рмЫ~2 причем магпитоип,чуцировапная поляризация Р'"е считалась линейной по намагниченности, а зависимость намагниченности от внешнего поля Н задавалась функцией 31(П) х Л агст8Я(Н вЂ” 11 )).
в которой параметры 1п Пе определялись из аппроксимации данных линейного МОЭК. Было обнару- 12 жено, что данная модель хорошо описывает экспериментальные зависимости, полученные при линейно-поляризованном излучении накачки, тогда как в случае циркулярно поляризованного излучения возлюжно подавление линейных по намагниченности слагаемых (1), что приводит к необходимости учета членов нслинейной поляризации вида Р«с(2а») = 1" ~~ з»: ЕЕЫз. Крол«е того, в экспериллентально полученных петлях гистерезиса интенсивности ВГ была обнаружена асиллл|стрия, описание которой требует введения слагаемого вида Р'~~(2а») = у»~ ~»: ЕЕМ~Мы, связанного с взаимовлиянием слоев.
Далее в параграфе 3 третьей главы представлены резулшаты экспериментального исследования генерации ВГ в массиве кобальтовых наночастнц, имевших форму правильного треугольника со стороной 700 нм, толщиной 30 плп частицы располагались на кварцевой подложке в квадратной решетке с периодолл 1400 нм (риск 3). Ранее было показано, что в таких Рис. 3: Изображение участка образца, полученное растровой электронной микроскопией. структурах возможно формирование вихревого состояния памапплчеппости,причем направление вихря зависит от истории состояния структуры: если частицы находились в состоянии с однородной нал1агниченностью, сонаправленной с осью симметрии структуры, формирование «левых» и «правых» вихрей при снятии внешнего поля равновероятно, однако когда начальная намагниченность направлена перпендикулярно оси симметрии (вдоль стороны треугольной структуры), направление формирующегося вихря с вероятностью 95»% определяется знаком начальной намагниченности )22).
Таким образом, в петле магнитного гистерезиса такой структуры две ветви соответствуют различным направлениям вихрей. Изучение петель гистсрсзиса структуры путем измерения МОЭК показало снижение модуля средней намагниченности в области формирования вихрей 1т500 Э) и отсутствие в пределах экспериментальной точности намагниченности 13 при пулевом внешнем поле. 921 о Ю 20 й10 о й1В ь ~ц1 7 -19Ю -1000 -ВОО 0 96 1000 19Ю Магпптпое поле, кЭ 101 о : -102 ЛО 100 чово Ы 000 л ОВ1 -19Ю -1ОЮ -ОЮ О ОЮ 190 Магтппое поле, кЭ (а) (б) Рис. 4: Зависил1ость интенсивности р-поляризованной ВГ от мы нитного поля для циркулярно поляризованной волны накачки при приложении магнитного поля (а) перпендикулярно и (б) параллельно осп симметрии структуры.
Сплошные линии соответствуют аппроксимации экспериментальных данных, представленных точками, стрелки указывают направление обхода петель. В1агнитоиндуированный нелинейно-оптический отклик в массиве наноструктур изучался путем измерения зависимости интенсивности ВГ от внешнего экваториального магнитного поля. В отлв ше от линейного МОЭК, при намагничивания структуры перпендикулярно оси ее симметрии наблюдались различныс значения интенсивности ВГ для разных ветвей петли гистерезиса при пулевом значении внешнего магпитпого поля, т.е. для вихревой намагниченности противоположных направлений. При использовании циркулярно-поляризоваппого пада1о1цсго иа структуру излучения данный эффект выражен наиболее ярко, в особешюсти при таком угле падения, когда линейный по намагниченности вклад в интенсивность ВГ оказывается шОдавлен за счет участия компонент квадратичной восприимчивости.
Соответствующая зависимость представлена на рис. 1(а). Измерения аналогичной завнсилюстн с магнитпыл1 полом, приложенныл1 параллельно оси симметрии структуры, когда формирование разных вихрей равновероятно, показали отсутствие обсуждаемого контраста для двух ветвей гистерезиса в нулевом внешнем магнитном поле рис. )(б). Из совокупности экспериментальных данных был сделан вывод, что в интенсивности ВГ присутствует слагаемое, связанное с вихревым распределением намагниченности и зависящее от направления вихрей. В таком случае интенсивность второй гармоники определяется выражением 12„,(Н) ск ~Р(ЛХ)~2 = ~РО' + РО7(Н) + Р~(Н)~2, где первое слагаемое немапштная часть отклика, второе - линейная по средней намагниченности (отсутствует в вихревом состоянии), третье — связано с наличием магнитного тороидного момента, характе[оизующсго вихревое состояние.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
