Диссертация (1103589), страница 15
Текст из файла (страница 15)
3.6 : Зависимость интенсивности второй гармоники от магнитного поля в референснойплёнке кобальта для различных углов падения при p-поляризованном (а-в) и циркулярнополяризованном (г-е) падающем излучении. Точки соответствуют экспериментальнымданным, сплошные линии - аппроксимации. Стрелки указывают направление обхода петель.приложенном магнитном поле для углов падения 5∘ − 50∘ . На рис. 3.7представлены типичные зависимости эффективности генерации ВГ отмагнитного поля для различных углов падения и состояний поляризациипадающего излучения. Прежде всего, отметим, что, как для линейно,так и для циркулярно поляризованной падающей волны при малыхуглах падения (рис.
3.7а,г) форма полученных зависимостей являетсянехарактерной для ферромагнетика и существенно отличается от петельгистерезиса, полученных при изучении линейного МОЭК (рис. 3.5).Такой вид является следствием преобладания магнитоиндуцированноговклада при малых углах и невыполнением соотношения 1.26, посколькукристаллографический вклад обязательно содержит − компоненту86падающего воля, в соответствии с 1.1, и отсутствует при нормальномпадении.Интенсивность ВГ, отн. ед.wq=5oq=5o(а)(г)wq = 25oq = 25o(б)(д)(в)(е)q = 35oq = 35owМагнитное поле, ЭРис. 3.7 : Зависимость интенсивности второй гармоники от магнитного поля в трехслойнойструктуре для различных углов падения при p-поляризованном (а-в) и циркулярнополяризованном (г-е) падающем излучении.
Схематичные вставки показывают направлениеи поляризацию падающего излучения. Стрелки указывают направление обхода петель. Точкисоответствуют экспериментальным данным, сплошные линии - аппроксимации.Петли, полученные при больших углах падения (рис. 3.7б,в, содержатхорошо различимые участки быстрого изменения магнитоиндуцированногоотклика, соответствующие перемагничиванию двух слоев, аналогичнонаблюдаемым в линейных магнитооптических зависимостях (рис. 3.5)при значениях внешнего поля = 14 Э и = 93 Э.Результаты, представленные на рис.
3.7г, получены в геометрии, когдалазерное излучение падало со стороны подложки. Видно, что, каки в случае линейного магнитооптического отклика, это приводит ксмене знака наблюдаемого эффекта, что говорит о смене знака междумагнитоиндуцированным и кристаллографическим вкладами (см. 1.26),согласующейся с преобразованием зеркальной симметрии относительноплоскости образца. При циркулярно поляризованном излучении накачки(рис. 3.7г-д), так же как и в случае однородной плёнки (рис. 3.6г-е),87основной отличительной особенностью является смена знака магнитногоконтраста интенсивности ВГ с изменением угла падения при = 25∘ инулевой нечетный по намагниченности эффект при этом угле. Как будетпоказано ниже, именно в этом случае наблюдаются особенности нелинейнооптического отклика, связанные с неоднородной намагниченностью.3.2.3.Анализ полученных результатовПрежде всего отметим, что, поскольку изучаемая структура состоитиз изотропных материалов, источниками второй гармоники являются 4поверхности: воздух/CoFe; CoFe/Al2 O3 ; Al2 O3 /CoFe; CoFe/SiO2 .
При этомразличие границ раздела обеспечивает асимметрию структуры в целом,что позволяет наблюдать дипольный квадратичный отклик. Вклады внелинейную поляризацию от четырёх поверхностей можно разделить поих зависимости от внешнего магнитного поля. Во-первых, присутствуеткристаллографический вклад, являющийся константой ⃗ (2). Вовторых, считая намагниченность в пределах одного слоя постоянной,можно в соответствии с 1.23 выделить нечётные по намагниченности(2,1)⃗⃗⃗ и ⃗ (2) = ^(2,1) : ⃗ ⃗ ⃗ вклады ⃗ (2) = ^: где индексы и обозначают разные слои.
В третьих, продолжая ряд1.23 до квадратичных членов и считая, что намагниченность в системевсегда направлена вдоль одной оси, присутствуют вклады ⃗ (2) =(2,2)⃗ 2 . Кроме того, предполагая⃗ 2 и ⃗ (2) = ^(2,2) : ⃗ ⃗^:возможность взаимодействия между слоями, феноменологически можно(2,2)⃗ .⃗ + ⃗ + ⃗ ввести вклад такого же порядка ⃗+(2) = ^+ : Тогда выражение для интенсивности второй гармоники принимает вид 2(2) ∝ |⃗ + ⃗ + ⃗+ ⃗ + ⃗+ ⃗+|.(3.1)Рассмотрим теперь, как зависят немагнитный и линейный понамагниченности вклады от угла падения , подразумевая одинаковуюзависимость для всех поверхностей, связанную с одинаковой симметрией.Для падающей волны с полем, лежащим в плоскости падения , всоответствии с компонентами, приведёнными в 1.1, выражая компонентыполя через угол падения, имеем ( = 0, = 0 cos , = 0 sin ):3(2)2(2) (2) ∝ (2) sin + sin cos + 2 cos sin 23(2,1)2(2,1) (2) ∝ (2,1) cos + cos sin + 2 sin sin 2,(3.2)88Таблица 3.1: Параметры, полученные из аппроксимации экспериментальных зависимостейинтенсивности ВГ от приложенного магнитного поля при p-поляризованном падающемизлучении.5∘20∘25∘30∘35∘50∘ | |0,300,140,110,080,050,04 | |0,650,420,340,190,210,19где учитывается только p-поляризованный отклик.
В случае малойразности фаз комплексных компонент ( 2, 1) , что оправдано вдалиот резонансов, выражения 3.2 имеют постоянный знак, что объясняетпостоянный знак магнитного контраста 2 (см.1.27) в экспериментах слинейно поляризованной накачкой (рис. 3.6а-в, рис. 3.7). В то же время,для циркулярно-поляризованной волны (( = 0 /2 , = 0 cos , =0 sin )) имеем:3(2)2(2)(2) (2) ∝ (2) sin + sin cos − + 2 cos sin 23(2,1)2(2,1)(2,1) (2) ∝ (2,1) cos + cos sin − cos + 2 sin sin 2.(3.3)В этом случае линейный по намагниченности вклад может обращатьсяв ноль и менять знак, что согласуется с экспериментальными даннымирис. 3.6г-е, рис. 3.7.Полученные в эксперименте зависимости интенсивности ВГ отмагнитного поля (рис.
3.6г-е,рис. 3.6а-в, рис. 3.7) могут бытьописаны выражением 3.1, где зависимость () выбрана в виде () ∝ arctan(( − )), значения определены из аппроксимациилинейного МОЭК. Аппроксимация экспериментальных данных такойзависимостью представлена на рисунках сплошной линией. Заметим,что, как для однородной плёнки, так и для трехслойной структурыпри углах падения, соответствующих обсуждавшейся малой величине2 , форма петли гистерезиса определяется членами второго порядка понамагниченности. При других углах падения члены второго порядка тожесущественны. Так, аппроксимация зависимости для однородной пленки89Таблица 3.2: Параметры, полученные из аппроксимации экспериментальных зависимостейинтенсивности ВГ от приложенного магнитного поля при p-поляризованном падающемизлучении.5∘20∘25∘30∘35∘50∘ | |0,070.210.110.010.240.09 | |0,630.430.160.210.370.14 | |0,020.080.100.020.070.06 | |0,290.160.100.050.110.09 | + |0,110.180.230.050.140.21при циркулярно-поляризованном падающем под = 40∘ излучениидаёт следующие соотношения: | / | = 0.6 ± 0.07; | / | =0.25 ± 0.03.
В то же время, для линейно-поляризованного излучениянакачки квадратичные по намагниченности члены не превосходятошибку аппроксимации. Соответствующие соотношения разных вкладов,полученные при аппроксимации петель гистерезиса, измеренных длятрехслойной структуры при различных углах падения, представленыв таблицах 3.1, 3.2. Видно, что с ростом угла падения уменьшаетсяотносительная величина линейного по намагниченности вклада, чтосвязано с увеличением кристаллографической компоненты, в соответствиис 3.2, 3.3.Важнойособенностьюмагнитоиндуцированногооткликатрехслойной структуры является присутствие вклада, пропорциональногопроизведению намагниченности слоев +(2), который, так же, каки другие вклады второй степени по намагниченности, проявляется прициркулярно-поляризованном падающем излучении.
Заметим, что прираскрытии квадрата в выражении 3.1 возникают слагаемые с попарнымипроизведениями всех членов, однако описание наблюдавшихся вэксперименте зависимостей требует введение дополнительного слагаемого,|, согласно таблице 3.2. Это слагаемое ответственнопричем |+| & |,за асимметрию положения экстремумов на измеренных зависимостях,более подробно представленных на рис. 3.8. Отметим, что введениеданного слагаемого является выходом за рамки предположения, чтогенерация магнитоиндуцированной ВГ на поверхностях каждого изферромагнитных слоёв зависит только от намагниченности данного904q=25(a)(а)032-40-2002040Магнитноеполе,OeЭMagnetic field,SHG intensity, arb.un.ИнтенсивностьВГ, отн. ед.Интенсивностьотн. ед.SHG intensity,ВГ,arb.un.слоя. Таким образом, наличие данного вклада позволяет утверждать,что нелинено-оптический отклик на поверхности ферромагнитного слояопределяется общим распределением намагниченности в системе.q=35(b)(б)0543-40-2002040Magnetic field,Oe ЭМагнитноеполе,Рис.
3.8 : Зависимость интенсивности второй гармоники от магнитного поля в трехслойнойструктуре при циркулярно поляризованном излучении, падающим под углом 25∘ (а) и 35∘ (б).Схематичные вставки показывают направление и поляризацию падающего излучения. Точкисоответствуют экспериментальным данным, сплошные линии - аппроксимации. Пунктирнымилинями указаны положения экстремумов.§ 3.3.Генерация второй гармоники в структурах с вихревойнамагниченностью.3.3.1.Немагнитная ВГДля выявления общих свойств структуры и последующегоанализа магнитоиндуцированной ВГ сначала была изучена генерация"немагнитной" ВГ.
Под "немагнитным" откликом в данном случаепонимается ГВГ в условиях, когда одновременно отсутствуют средняяпо образцу намагниченность и макроскопический вихрь (средний пообразу тороидный момент). Согласно данным МСМ и линейныхмагнитооптических измерений, такое состояние достигается приприложении и последующем снятии насыщающего магнитного полявдоль оси симметрии образца (ось ОХ рис.3.2).
В этом состоянииисследовалась азимутальная анизотропия ГВГ при прохождении накачкипод нормалью к поверхности образца.На рис. 3.9 представлена зависимость эффективности ГВГ от углаповорота образца при линейно-поляризованном излучении накачки дляИнтенсивность ВГ, отн. ед.91s-p1.1p-s1.51.00.91.00.8050100150Азимутальный угол, град.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
