Автореферат (1103631), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Применяемые для исследования магнитооптических эффектов Керра динамические МО установки на 2 – 3 порядка имеютболее высокую чувствительность, чем статические [2], но они принципиально не могут быть использованы в ряде случаев. В частотности, в измеренияхпри перемагничивании образца невозможно обнаружить четные магнитооптические эффекты. Такие эффекты можно выделить при статическом однополярном намагничивании ферромагнетика [2].Магниторефрактивный эффект в данной работе измерялся на установке, описанной в [1], позволяющей проводить измерения МРЭ не только припадении излучения близком к нормальному (ϕ ~ 8°), но и при углах 20 и 45°.В измерениях МРЭ при угле падения света, близком к нормальному (ϕ ~ 8°),например, исключается вклад ЭЭК, который при нормальном падении светазануляется.
Постоянный магнит впоследствии был заменен электромагнитом,при питании которого постоянным или переменным электрическими токамиНmax достигало 1700 Э. Это позволило создавать два устойчивых магнитныхсостояния образца: намагниченное до М(Н) и полностью размагниченное М =0 при Н = 0, что необходимо для наблюдения четных эффектов. Введение сеточного поляризатора KRS-5 позволило уверенно работать либо на р-, либона s-компонентах линейно-поляризованного света. Магнитооптическая приставка помещалась в магнитный экранирующий кожух, чтобы исключить или6уменьшить, как влияние внешних магнитных полей и фоновых засветок, таки влияние магнитного поля электромагнита на электронную схему и приемник излучения спектрометра.
В результате применения операций накопления(по 1000 сканам), взаимно обратимых циклов и сглаживания уровень шумовне превышал 1⋅10-4 в области частот 500 – 1500 см-1. Все измерение оптического отражения и МРЭ проведены со спектральным разрешением 4 см-1, прикомнатной температуре.Спектральные и полевые зависимости экваториального эффекта Керраизмерялись по динамической методике [2], состоящей в периодическом изменении интенсивности света при модуляции магнитного состояния образцапеременным магнитным полем (ν = 78 Гц, максимальная амплитуда поляHmax = 2.25 кЭ, угол падения света ϕ = 70°, температура комнатная).Нами разработана компьютерная программа расчета оптических постоянных неизвестного слоя (ферромагнетика, подложки), входящего в многослойную систему, в предположении, что оптические характеристики другихслоев известны либо из литературных источников, либо могут быть введеныв программу в качестве известных данных из предварительных расчетов более простых систем.
Так, например, для расчета показателей преломления ипоглощения пленки в 4-х слойной системе воздух–пленка–подложка–воздухоптические параметры подложки, вводимые в модель, предварительно рассчитываются из экспериментальных данных, полученных для 3-х слойнойсистемы воздух–подложка–воздух. Созданная программа позволяет варьировать как толщину слоев, так и угол падения света и поляризацию. Проверкаработоспособности компьютерной программы проводилась для трехслойногослучая – плоской пластины кремния в воздушной среде, а также для жидкостей (воды, спирта).Четвертая глава посвящена краткому обзору магнитных и структурных свойств исследуемых образцов, а также методам их приготовления. Исследуемые образцы нанокомпозитов можно распределить по трем группам,характеризуемых способом изготовления.
Пленки гранулированных нанокомпозитов Coх (Al2O3)100-х, Coх(SiO2)100-х, Coх(ТiO2)100-х были изготовлены методом радиочастотного магнетронного распыления. Все образцы содержатгранулы ферромагнитного металла или сплава, размер которых 2 – 5 нм и которые хаотично распределены в матрицах оксидов алюминия, кремния и титана. Принципиально по такой же технологии были синтезированы наногранулированные образцы системы (FeCo) – (MgF), МС которых достигало 13.3% при комнатной температуре в магнитном поле 10 кЭ.Пленки аморфного ферромагнитного сплава Co45Fe45Zr10 в аморфнойматрице двуокиси кремния α-SiO2 были получены методом ионно-лучевогораспыления составных мишеней. При одновременном распылении металли7ческого сплава и диэлектрика из составной мишени с переменным расстоянием между пластинами кварца в едином технологическом цикле формировалась гранулированная структура с широким и непрерывным набором концентраций металлической фазы. Значения концентраций металлической фазы хнаходились в интервале от 30 до 65 атомных процентов.
Максимальная величина гигантского магнитосопротивления достигала 3.5% в пленках(Co45Fe45Zr10)43(SiO1,7)57. По данным электронно-макроскопических исследований полученные композиты представляли собой аморфные металлическиегранулы размером от 2 до 7 нм (в зависимости от соотношения фаз), распределенные в аморфной диэлектрической матрице. Меньший размер гранул соответствует меньшим концентрациям металлической фазы, больший размерхарактерен для образцов с концентрацией х выше 60 ат. %.
Полученные впроцессе роста гранулы не абсолютно изолированы в диэлектрической матрице (даже в случае высокой концентрации SiO2), а образуют небольшиеконгломераты и цепочки, которые, в свою очередь, формируют лабиринтнуюструктуру.Пленки системы Fe – SiOn были изготовлены методом двойного ионнолучевого распыления на кремниевые подложки Fe и SiO2 из составной мишени, позволяющей менять соотношение ферромагнетика и диэлектрика. Характерный размер гранул ~ 4 нм, толщина пленок 0.2 – 0.8 мкм.Пятая глава носит оригинальный характер и посвящена исследованиюмагниторефрактивного эффекта в гранулированных нанокомпозитах.Наиболее простое соотношение для МРЭ металлических систем в спектральной области Хагена-Рубенса получено в [3], где показано, что при нормальном падении света величина магнитоиндуцированного отклика имеетвид:ρ ( H = 0) − ρ ( H )1∆R R( H = 0) − R( H )1∆ρ== − (1 − R)= − (1 − R).RR( H = 0)22ρ ( H = 0)ρ(3)Здесь R(H=0) и R(H) – коэффициенты отражения света образцом в нулевом ив магнитном поле Н, ρ(H=0) и ρ(Н) – электросопротивления в отсутствиимагнитного поля и в магнитном поле Н, соответственно, ∆ρ/ρ - абсолютноезначение МС.
Из выражения (1) следует, что большие значения МРЭ должны наблюдаться в системах с большим МС и малым коэффициентом отражения, то есть не в металлических системах, а в наноструктурах с туннельнымиконтактами, как, например, в наногранулированных системах металл – диэлектрик.На рис. 1 приведены спектры частотной зависимости коэффициентаотражения R(ν) нанокомпозитов Co47Al19.3O33.7, Co51.5Al19.5O29, Co55.2Al19O25.8, атакже сапфира - Al2O3 и поликристаллического кобальта, измеренные при угле падения света 45° на р-компоненте линейно-поляризованного света. В8диапазоне частот 3500 – 5500 см-1 для образца Co47Al19.3O33.7, 3000 – 5500 см-1для образца Co51.5Al19.5O29 и 2000 – 5500 см-1 для образца Co55.2Al19O25.8 отражательная способность практически не зависит от частоты. При меньшихэнергиях характер спектров R(ν) этих композитовусложняется.Известно[4], что вблизи порогаперколяции нанокомпозиты становятся относительно прозрач-ными, поэтому даже для сравнительно толстых пленокнельзяполностьюпренебрегатьинтерференцией света, отраженного на границах пленка –Рис.1.
Частотная зависимость коэффициента отражения R(ν)воздухипленка–нанокомпозитаCo47Al19.3O33.7(1),Co51.5Al19.5O29(2),подложка. По этой причиCo55.2Al19O25.8 (3), Al2O3 и поликристаллического кобальта длянедля исследуемыхр-компоненты линейно-поляризованного света; ϕ = 45°.нанокомпозитов в областиволн наблюдаетсяповедение спектров коэффициента отрабольшихдлин осцилляционноеволнжения R(ν), при этом наибольшие изменения R(ν) приходятся на область1000 – 3500 см-1 для образца Co47Al19.3O33.7, 1000 – 3000 см-1 для образцаCo51.5Al19.5O29 и 1000 – 1800 см-1 для образца Co55.2Al19O25.8. Ниже 1000 см-1осцилляции исчезают, что связано с резким возрастанием поглощения в матрице Al2O3 [4].
В спектре частотной зависимости коэффициента отраженияполикристаллического кобальта не обнаружено каких-либо особенностей ивеличина R(ν)Со "плавно" изменяется в пределах 65 – 75%.Сопоставление,например,спектровотражениялинейнополяризованного излучения всех нанокомпозитов, содержащих гранулированный ферромагнетик, диспергированный в матрице оксида алюминия, ссоответствующим спектром кристаллического Al2O3, который был в нашемраспоряжении, приводит к заключению, что ярко выраженный минимум вспектрах R(ν) в области частот 900 – 1100 см-1 на s-компоненте и уширенныйна р-компоненте связан с возбуждением продольной фононной моды в кристаллическом Al2O3, локализованной при 950 см-1 [4]. В полученных методомтандемного радиочастотного магнетронного распыления нанокомпозитах диэлектрическая матрица оксида алюминия является аморфной с более теснымрасположением атомов алюминия и кислорода в ближайшем окружении, чемв кристаллическом аналоге.
Поэтому можно считать, что установленный9Коэффициент отражения Rфакт уширения обсуждаемого минимума обусловлен аморфной природойматрицы в нанокомпозите и нанокристалличностью (а, возможно, и аморфностью) гранул металла.Исследования частотной зависимости оптического отражения (рис.2)нанокомпозитов системы (Co45Fe45Zr10)x(SiO1.7)100-x показали, что для всехконцентраций в интервале частот 500 – 7000 см-1 коэффициент отраженияR(ν) в 2 – 3 раза ниже, чем для чистых металлов, входящих в состав гранул, ипрактически не зависит от частоты в диапазоне 2500 – 7000 см-1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
