Автореферат (1103631), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Ниже 2500см-1 отмечается незначительное уменьшение R(ν) для образцов с концентрациями менее 47 ат.%. В интервале частот 1100 – 1400 см-1 наблюдается резкое уменьшение R(ν) с последующим возрастанием коэффициента отражения, связанное с поглощением в матрице окиси кремния. В области частот500 – 1300 см-1 наблюдается ряд полос поглощения матрицы SiO2 – это оптические фононные моды, которые, по данным [5], связаны с поперечными ν ~800 и 1070 см-1 и продольными ν ~ 1200 и 1240 см-10,5фононными модами.
Минимальные значения R(ν)57%приходятся на образцы из0,4диапазона концентраций47%34 – 47 ат.%, находящиеся0,3в окрестности порога пер40%коляции, определяемого по0,2даннымконцентрацион34%ных зависимостей магнитосопротивления и соот0,1ветствующего хпор ≈ 43100020003000400050006000ат.%. Осцилляционное поВолновое число ν, см-1ведение R(ν) для образцов Рис. 2. Частотная зависимость коэффициентов отраженияуказанного диапазона кон- нанокомпозитов (Co45Fe45Zr10)x (SiO1.7)100-x, ϕ = 8°.центраций в интервалечастот 1100 – 1400 см-1 связано с интерференцией света, отраженного на границах пленка-воздух и пленка-подложка. При этом наибольшие измененияR(ν) приходятся на узкий интервал 1300+100 см-1, в котором коэффициентотражения изменяется более, чем в два раза.При исследованиях магниторефрактивного эффекта в магнитныхгранулированных нанокомпозитах нашей первоочередной задачей былоустановить, что МРЭ в изучаемых материалах не является обыкновеннымэффектом Керра.
Для этого нужно было показать, что магниторефрактивныйэффект в нанокомпозитах не связан с нечетными магнитооптическими эф10фектами. Поэтому в данной работе параметр МРЭ, во-первых, определялсякак среднее арифметическое из большого числа (> 10) измерений эффектапри двух противоположных направлениях поля, изменяющихся от 0 до Н иот 0 до – Н. Нечетные эффекты при таком процессе измерений исключаются[2]. Во-вторых, измерения МРЭ проводились в поляризованном свете приразличных ориентациях внешнего магнитного поля Н по отношению к плоскости поляризации света - Н ⎜⎜М, Е ⊥ М (экваториальная геометрия) и Н⎜⎜М, Е ⎜⎜М (меридиональная геометрия).
Эти эксперименты не выявили каких-либо отличий спектров МРЭ в экваториальной и меридиональной геометриях.На рис. 3 представлены спектры частотной зависимости магниторефрактивного эффекта ξ(ν) нанокомпозитов Co43Al22O35 (1), Co51.5Al19.5O29 (2),Co55.2Al19O25.8 (3) для р-компоненты линейно-поляризованного света, полученные в магнитном поле 1.6 кЭ для угла падения 45°.
Наибольшие значенияМРЭ достигаются в тех областях спектра, где отражение минимально, такдля образца Co51.5Al19.5O29 при ν ~ 1100 см-1 ξр(ν)max достигает величины =0.9%. В области частот больших 1000 см-1, также как и коэффициент отражения, МРЭ носит осцилляционный характер с "периодами", уменьшающимисяс ростом частоты. Более тонкому образцу Co51.5Al19.5O29 соответствует больший период осцилляций ∆ν ~ 700 см-1 в диапазоне частот 1300 – 3000 см-1 какв МРЭ, так и в коэффициенте отражения.
По характеру дисперсии спектровξ(ν) и R(ν) и по величине периодов осцилляций, полученных в теоретическихоценках с учетом реальных толщин и комплексных показателей преломленияданных нанокомпозитов, можно утверждать, что осцилляции ξ(ν), также каки R(ν), имеют интерференционное происхождение.Об этом свидетельствуютданные исследований дисперсии и спектров оптического отражения, и магниторефрактивного эффектаξ(ν) образцов с наночастицами ферромагнитного Со,внедренного в различныедиэлектрические матрицы.Мы также провелиизмерения и ξ, и ∆R длямонокристаллическогоРис. 3.
Дисперсия магниторефрактивного эффектаAl2O3 во всем исследуемом нанокомпозитов Co43Al22O35 (1), Co51.5Al19.5O29 (2),(3)дляр-компонентылинейноспектральном диапазоне в Co55.2Al19O25.8поляризованного света; ϕ = 45°.11полях до 1.6 kЭ и для углов падения света 8 и 45° и не нашли, в пределах погрешности измерений, отличий в спектральных зависимостях коэффициентаотражения света при намагничивании образца. Можно с уверенностью говорить, что при этих углах падения излучения и на р-, и на s-поляризациях магниторефрактивный эффект материала диоксида алюминия отсутствует.
Материал диэлектрической матрицы (Al2O3, SiO2 или TiO2), влияя на оптические параметры нанокомпозита и туннельное МС, косвенно изменяет и МРЭферромагнитного нанокомпозита.обладающийтуннельнымНанокомпозит(Co0.4Fe0.6)48(Mg-F)52,характером проводимости, имеет магнитосопротивление ~ 13 % прикомнатной температуре в поле 10 кЭ. В связи с этим мы провели измеренияоптических и магнитооптических свойств этого образца.
Измерениемагниторефрактивного эффекта было выполнено в магнитном поле Н = 1.7кЭ, на р-компоненте линейно-поляризованного света при углах падения света8 и 45° при комнатной температуре. В диапазонах частот 450 – 650 и 1300 –3000 см-1 изменения магниторефра-ктивного эффекта носят плавныйхарактер (рис. 4). Значения МРЭ в этих диапазонах не превосходят 0.1%.Наиболее интересной особенностью спектров частотной зависимостимагниторефрактивного эффекта является то, что в интервале частот 500 –1200 см-1, где коэффициент отражения имеет минимальные значения (< 5 %),магниторефрактивный эффект оказывается аномально большим и принормальном падении достигает 1.3% (рис.
4), что на два порядка большетрадиционных магнитооптических эффектов в инфракрасной областиспектра. Такое значение эффекта, превышающее МРЭ во всех ранееисследовавшихся металлических и неметаллических наноструктурах, можносчитать рекордным, и мы назвали его гигантским магнитооптическимэффектом. Говоря о достоверности приведенных на этом рисунке данных позависимости ξ(ν), подчеркнем, что уровень шумов (см. кривая 3 на рисунках4) не превышает 10-3, а представляемые на рисунках значения эффектаполучены усреднением данных из 1000 отдельных сканов. По нашимпредставлениям, наблюдаемое резонансное усиление эффекта связано суменьшением коэффициента отражения.Таким образом, магниторефрактивный эффект в этом образце существует в широкой области спектра, включая ближний ИК диапазон.
Простыеоценки показывают, что характерное время туннелирования t, которое приширине туннельного барьера a = 1 – 3 нм и фермиевской скорости υF =108cм/c должно составлять t= a/υF = 10-15 – 10-16 c. Это означает, что в ближней инфракрасной области спектра характерное время туннелирования многоменьше периода электромагнитной волны.
Что еще раз свидетельствует, чтомагниторефрактивный эффект в ферромагнитных системах с туннельной12Рис. 4. Дисперсия МРЭ (1,2) (Н = 1700 Э) и коэффициента отраженияRH=0 для углов падения ϕ = 45° (сплошная линия), ϕ = 8° (пунктирнаялиния) для нанокомпозита (Co0,4Fe0,6)48(MgF)52 и шума (3).проводимостьютью является следствием спин-зависимого высокочастотноготуннелирования.Этот гигантский магниторефрактивный эффект открывает новыевозможности как для изучения спин-зависящего высокочастотноготуннелирования, поиска новых композиций в системе сплавов с грануламиферромагнетика CoFe (или другого ферромагнитного металла) в матрицеMgF, так и для практического использования таких нанокомпозитов вмагнитооптике инфракрасного диапазона длин волн.Известно, что сплавы на основе кобальта в областях видимого иближнего УФ диапазонов длин волн выявляют частотно–независимыйэкваториальный эффект Керра δ [2], но в исследуемых нами структурах такоеповедение не наблюдается.
Все спектры значительно отличаются отсоответствующего спектра чистого поликристаллического кобальта. Для всехнанокомпозитов наибольшие значения δ( hν) наблюдаются в области энергийсветовых квантов 0.75 – 1.5 эВ. При увеличении концентрацииферромагнетика в нанокомпозитах абсолютные значения ЭЭК в этой областичастот увеличиваются и достигают максимума для образцов вблизи порогаперколяции. При несколько больших значениях энергий (1.7 – 2.0 эВ)максимальное значение ЭЭК наблюдается и в чистом Со, однако, в отличиеот гранулированных нанокомпозитов, знак ЭЭК ферромагнитного кобальтаостается положительным.13Принципиально важным для выяснения природы магниторефрактивного эффекта в нанокомпозитах является экспериментальное подтверждениетого, что МРЭ в этих системах связан с туннельным магнитосопротивлением,а не является следствием, как уже говорилось, каких-либо других причин,например, четных и нечетных магнитооптических эффектов Керра или влияния магнитного поля на оптические свойства диэлектрической матрицы.
Одним из прямых доказательств этого может служить установление корреляциимежду полевыми зависимостями МРЭ и МС, измеряемыми на одних и тех жеобразцах и в одном и том же диапазоне магнитных полей.Влияние магнитного поля на отражательную способность гранулированных пленок демонстрируется на рис. 5 для одного из образцов семействаCoAlO. Изополевые спектрыξ(ν) для р-компоненты линейно-поляризованного светаполучены в диапазоне частот750 – 2200 см-1 при угле падения близком к нормальному. Максимальные значенияэффекта, т.е.
значения ξ(ν)≥0.6% для образца, достигшего состояния техническогомагнитногонасыщения,наблюдаются при Н > 1300Э. Зависимость ξ(Н), как Рис. 5. Частотная зависимость магниторефрактивноговидно из вставки к рисунку, эффекта нанокомпозита Co46Al22O32 для ряда значениймагнитного поля Н, Э; ϕ = 8°.носит нелинейный характер.Аналогичноеповедениеξ(ν,Н)спектровнаблюдается на s-компонентелинейно-поляризованногосвета, и не только внанокомпозитах на основематрицы оксида алюминия, нои в другихРис. системах.6 демонстрируетхорошее совпадение кривыхполевой зависимости магниторефрактивного эффекта итуннельного магнитосопротивлениядляобразца Рис.6.
Полевые зависимости магниторефрактивного эффекта(ϕ = 8°; ν = 1210 см-1) и магнитосопротивления нанокомпозитаCo46Al22O32, и говорит о том, CoAl O .46223214что оба эффекта являются четными функциями магнитного поля. Экспериментальные значения магнитооптического и магнитотранспортного эффектов, полученные на одних и тех же образцах в одном и том же диапазоне полей, согласуются друг с другом. Подобная корреляция в нанокомпозитеCo43Al22O35, но для угла падения света ϕ = 50° отмечалась в [7] и еще раньшедля гранулированной пленки металл-металл Co-Ag, но в случае МРЭ на проходящем излучении [8]. Корреляция между магнитосопротивлением и магниторефрактивным эффектом уверенно наблюдается и для ряда других измеренных нами нанокомпозитов.Приведенные выше результаты, касающиеся влияния магнитного поляна оптические свойства нанокомпозитов, показали, что, во-первых, МРЭсвязан с туннельным магнитосопротивлением: оба эффекта нелинейнозависят от напряженности магнитного поля.
Во-вторых, МРЭ внанокомпозитах не является следствием каких-либо других причин, как-точетных и нечетных магнитооптических эффектов или влияния магнитногополя на оптические свойства диэлектрической матрицы.Причины, по которым обращаются к исследованиям поляризационныхугловыхзависимостейновыхэффектов,вчастности,имагниторефрактивного эффекта, заключаются в том, что по характеручастотных зависимостей спектров ξ(ν) для р- и s-волн, а также зависимостиспектров ξр,s(ν) от угла падения излучения на ферромагнитное зеркалоотсеиваются те или иные эффекты. Например [9], эффект Керра вэкваториальной геометрии равен нулю при всех частотах и при всех углахпадения света на s-компоненте линейно-поляризованного света; ЭЭК принормальном падении света обращается в нуль; меридиональный эффектКерра проявляется как на р- , так и на s-компонентах, но имеет свою,присущую этому эффекту, дисперсию и угловую зависимость дисперсии ит.д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
