Автореферат (1103631)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультетУДК 537.632На правах рукописиКозлов Андрей АлександровичМАГНИТОРЕФРАКТИВНЫЙ ЭФФЕКТВ ГРАНУЛИРОВАННЫХ НАНОКОМПОЗИТАХСпециальность 01.04.11 – физика магнитных явленийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква – 2005Работа выполнена на кафедре общей физики физического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.Научные руководитель :доктор физико-математических наук,доцент В.
С. ГущинОфициальные оппоненты :доктор физико-математических наук,профессор П. Н. Стеценкокандидат физико-математических наук,ст.н.с. Б. А. АронзонВедущая организация :Институт физики им. Л.В.КиренскогоСО АН России г.КрасноярскЗащита состоится « 17 » февраля 2005 года в 17.30 часов на заседаниидиссертационного совета К 501.001.02 Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, ГСП, Москва, ВоробьевыГоры, МГУ, физический факультет, аудитория ЮФАС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ.Автореферат разослан « 17 » января 2005 года.Ученый секретарь советакандидат физико-математических наук,1И. А. НиканороваОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыЯвление магнитосопротивления в его экстремальных проявлениях: гигантское – в многослойных структурах ферромагнитный металл – немагнитный металл, туннельное – в гранулированных структурах ферромагнитныйметалл – диэлектрик, а также колоссальное – в ферромагнитных полупроводниках, давно приковывает внимание исследователей.Нанокомпозиты ферромагнетик–диэлектрик, выявившие практически впервых исследованиях ряд важных и необычных транспортных свойств и, впервую очередь, туннельное магнитосопротивление (ТМС) и гигантскийХолл-эффект, сразу попали во внимание и практиков, и исследователей.
Интерес, однако, не ограничился только магнитотранспортными свойствами. Вряде магнитоупорядоченных наноструктур, таких как Co-CuO, Co-Al2O3, наряду с гигантским и туннельным магнитосопротивлением, в области видимого и близкого инфракрасного (ИК) диапазонов длин волн были обнаруженылинейные и нелинейные оптические и магнитооптические эффекты (МОЭ).Наиболее яркие отклики взаимодействия излучения оптического и особенноинфракрасного диапазонов с ферромагнетиками, содержащими магнитныенеоднородности нанометрового размера, на воздействие магнитного поля состоят в появлении нелинейного по намагниченности гигантского магнитооптического эффекта - магниторефрактивного эффекта (МРЭ). МРЭ в ИК диапазоне выявляет своеобразную частотную зависимость и превышает традиционные нечетные и четные МО эффекты отражения в десятки раз.В общих чертах понятно, что механизмы ТМС и МРЭ связаны, какбольшинство явлений в магнитоупорядоченных твердых телах, со спиновойполяризацией электронных состояний соседствующих фаз ферромагнетика иобусловлены спин–зависящим туннелированием через прослойки диэлектрика и спин–зависящим рассеиванием на поверхностях раздела проводника идиэлектрика поляризованных электронов ферромагнетика.
Однако, полнойясности в понимании физической природы этих эффектов нет. Не существуетудовлетворительного объяснения концентрационных зависимостей электросопротивления, магнитных и МО свойств, поглощения электромагнитногоизлучения в СВЧ диапазоне длин волн и других эффектов в наноструктурах.Указанные вопросы представляют интерес не только в чисто научном плане,но важны и для реализации практических задач при синтезировании наноструктурных материалов с заданными магнитными и МО параметрами, и прииспользовании их как носителей информации и в качестве магнитоактивныхэлементов для устройств записи и считывания информации, и как бесконтактных сверхчувствительных датчиков магнитного поля и температуры, и т.д.2Следует указать на важное обстоятельство, связанное с использованием МО методик для изучения физических свойств и физических явлений внизкоразмерных магнитонеоднородных материалах.
Хорошо известно, чтоМОЭ, в отличие от оптических, обладают высокой чувствительностью к изменениям магнитной и электронной структур ферромагнетика; они чувствительны к знаку спина, к механизмам рассеяния и поглощения света, к характерным структурным параметрам: размерам гранул, их форме и топологиимагнитных неоднородностей. Установление корреляции МРЭ с ТМС позволит применять МО методики и для физических исследований магнитотранспортных параметров наноструктур, и для оперативного контроля за этимипараметрами в технологическом процессе.Цель работы заключалась в выяснении физических механизмов магниторефрактивного эффекта в наиболее важных с научной и прикладной точекзрения наногранулированных композитах ферромагнитный металл – диэлектрик и особенностей распространения света в этих материалах.Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующиезадачи:Разработать и создать установки для изучения магнитооптических эффектов отражения и пропускания наноразмерных ферромагнетиков вИК диапазоне длин волн.Экспериментально подтвердить для нанокомпозитов связь эффектовстатического туннельного магнитосопротивления и его частотногоаналога – магниторефрактивного эффекта, для чего:– исследовать спектральные, полевые, угловые и поляризационные зависимости магниторефрактивного эффекта ряда нанокомпозитов,обладающих гигантским магнитосопротивлением;– исследовать спектральные зависимости коэффициентов отражения ипропускания;– определить оптические константы нанокомпозитов и на основе полученных данных рассчитать спектральные зависимости магниторефрактивного эффекта.Научная новизна работы.Все экспериментальные и расчетные результаты работы полученывпервые.Разработаны методики и созданы установки для изучения магнитооптических свойств нанокомпозитов в ИК диапазоне длин волн.3Впервые изучены частотные, угловые, полевые и поляризационные зависимости магниторефрактивного эффекта и магнитооптического экваториального эффекта Керра нанокомпозитов ферромагнитного кобальта, диспергированного в матрицы оксидов алюминия, кремния и титана, обладающих гигантским магнитосопротивлением; показано, что внанокомпозитах материал матрицы играет существенную роль в формировании магнитооптических эффектов.Разработана методика расчета в ИК диапазоне длин волн показателейпреломления нанокомпозитов, создано программное обеспечение, рассчитаны спектральные, поляризационные и угловые зависимости магниторефрактивногоэффектананокомпозитовCo51.5Al19.5O29,(Co0,4Fe0,6)48(Mg-F)52; достигнуто хорошее согласие рассчитанных данных с экспериментальными.Впервые проведено изучение частотной, полевой и поляризационнойзависимостей магниторефрактивного эффекта в отраженном и проходящем излучении для нанокомпозитов (Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-x,(Co0,4Fe0,6)48(MgF)52; показано, что в последнем образце величина магниторефрактивного эффекта в отраженном свете достигает наибольшего (гигантского) значения (~ 1.5%) из всех ранее исследованных наноструктурных ферромагнетиков.Практическая ценность.
Полученные в диссертационной работе результатысущественно расширяют представления о магнитооптических явлениях вмагнитоупорядоченных наноразмерных материалах. Результаты исследований спектральных, поляризационных, полевых и угловых зависимостей магниторефрактивного эффекта в нанокомпозитах ИК диапазона длин волн показали, что магниторефрактивный эффект не связан с спин–орбитальнымвзаимодействием, а обусловлен спин-зависящим рассеянием или туннелированием.
Результаты исследования частотной и полевой зависимости магниторефрактивного эффекта нанокомпозитов Co-Al-O, СoFe-MgF могут бытьиспользованы при решении практических задач синтезирования новых магнитных материалов с большим магнитосопротивлением.Научные положения и результаты, выносимые на защиту.Установлена связь эффектов статического туннельного магнитосопротивления и его частотного аналога – магниторефрактивного эффекта.Результаты исследований спектральных, полевых, угловых и поляризационных зависимостей магниторефрактивного эффекта ряда нанокомпозитов, обладающих туннельным магнитосопротивлением.Результаты исследований спектральных зависимостей коэффициентовотражения и пропускания нанокомпозитов в ИК области спектра.4Результаты расчетов показателей преломления ряда нанокомпозитов иопределенные по ним спектральные, угловые и поляризационные зависимости магниторефрактивного эффекта.Апробация работы.
Результаты работы докладывались на: «Third international scientific workshop materials for electrical engineering, MmdE-2001» (Romania, 2001); XVIII и XIX Международных школах-семинарах «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, 2002 и 2004); IV международном семинаре "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении" (Астрахань, 2002); «Московском Международном симпозиуме по магнетизму MISM».
– (Moscow, МSU, 2002); «TheXVIII International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces» (Madrid, 2003);«Проблемы магнетизма в магнитных пленках, малых частицах и наноструктурных объектах» (Астрахань, 2003); "Ломоносовских чтениях" (Москва,2003); «EASTMAG-2004, Euro-Asian Symposium «Trends in Magnetism»(Krasnoyarsk, 2004); 7-м Междисциплинарном, международном симпозиуме«Порядок, беспорядок и свойства оксидов O D P O – 2004» (Сочи, 2004);Симпозиуме и летней школе «Nano and Giga Challenges in microelectronics»,Krakov, Польша, 2004.Публикации.
Основные результаты работы диссертации опубликованы в 22печатных работах (из них 5 статей).Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа содержит 129 страниц,включает 64 рисунков, 3 таблицы и 177 библиографических ссылок.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,сформулирована цель работы и дана краткая характеристика разделов диссертации.Первая глава посвящена обзору теоретических и экспериментальныхработ по изучению магнитных и электрических свойств гранулированныхсплавов.Вторая глава посвящена обзору экспериментальных и теоретическихработ по изучению оптических и магнитооптических свойств низкоразмерных наноструктур и нанокомпозитов ферромагнитный металл в диэлектрической матрице.
Приведена классификация магнитооптических эффектов.Третья глава носит оригинальный характер и посвящена рассмотрению методов измерения и экспериментальных установок, созданных для исследования оптических и магнитооптических свойств нанокомпозитов.5В разделах 3.2 – 3.4 представлены экспериментальные установки и методики исследования магниторефрактивных эффектов на отражение ξ и пропускание τ. Во всех измерениях магниторефрактивный эффект, также как иэкваториальный эффект Керра, находился как отношение изменения интенсивности отраженного (прошедшего) излучения при намагничивании образцав его плоскости к интенсивности излучения, отраженного (прошедшего) образцом в размагниченном состоянии:в случае отражения излученияR (ν , H )∆ R R (ν , H 0 ) − R (ν , H );(1)ξ (ν ,H ) === 1−RR (ν , H 0 )R (ν , H 0 )и в случае прохождения излученияT (ν ,H )∆T T (ν ,H 0 ) − T (ν ,H )τ (ν ,H ) === 1−,TT (ν ,H 0 )T (ν , H 0 )(2)где R(ν,H0), R(ν,H), Т(ν,H0), Т(ν,H) – значения энергетических коэффициентов отражения (пропускания) света образцом в размагниченном состоянии ив поле Н.В используемой нами геометрии наблюдения магнитооптических эффектов на p-волне линейно-поляризованного света (E⊥M) одновременно могут проявляться три интенсивностных эффекта: линейный по намагниченности М экваториальный эффект Керра (ЭЭК), и два квадратичных по М – ориентационный (ОМЭ) и МРЭ.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
