Магниторефрактивный эффект и магнитооптические спектры нанокомпозитов в видимой и ИК области спектра (1103633), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Результаты работ, в которых разработаны данные методы, успешноприменялись для описания свойств гранулированных сплавов металл-металл.Параграф 1.1.6 посвящен работам по изучению влияния размерного эффекта наоптические спектры. До настоящего времени такие работы были выполнены дляразбавленных сплавов.В параграфе 1.2.1 рассматриваются основные магнитооптические эффекты,которые позволяют исследовать микроструктуру образца.Параграф 1.2.2 посвящен обзору работ по магнитооптике для гранулированныхсплавов. В основном эти работы относятся к металлическим системам, а не кнанокомпозитам.В параграфе 1.2.3рассматриваются работы по изучению нового эффекта –магниторефрактивного эффекта.
Работы, посвященные исследованию этого явления,выполнены для металлических мультислоев и гранулированных сплавов металл-металл.Вторая глава носит оригинальный характер и посвящена исследованиюразмерного эффекта в нанокомпозитах.В параграфе 2.1 рассматриваетсясимметризованное приближение Максвелла-Гарнетта (СМГ) и производится учет конфокальности эллипсоидальных частиц в СМГ дляправильного описания заполнения ячеек эффективной среды.В параграфе 2.2 рассматривается размерный эффект, его влияние на диагональныеи недиагональные компоненты тензора диэлектрической проницаемости.Теорияоптическихимагнитооптических(МО)спектровферромагнитныхгранулированных сплавов была развита в работах [1] и [2], считая, что тензордиэлектрической проницаемости (ТДП) ферромагнитных гранул и матрицы тождествененТДП соответствующих объемных материалов. При этом, очевидно, не учитывалось, чторассеяние на поверхностях гранул, приводящее к квазиклассическому размерномуэффекту (РЭ), модифицирует как диагональные εxx=ε, так и недиагональные εxy=γкомпоненты ТДП гранул, если их средний размер (радиус r0) сравним с длинойсвободного пробега электрона l.Учет квазиклассического размерного эффекта в выражениях для диагональныхεxx=ε и недиагональных εxy=γ компонент ТДП сводится к следующему.
Время свободногопробега электронов в грануле (τpart) меньше соответствующего ему времени в массивномобразце (τbulk)[1] за счет соударений с поверхностью гранул:1τpart=1τ+bulkνf(1)r0где vf - скорость Ферми. В этом выражении, следуя [1], опущен параметр отражения отповерхности гранул Фукса-Зондхаймера, который мы полагаем равным единице. Тогда,принимая во внимание, что частотная зависимость внутризонной проводимости вметаллах описывается законом Друде-Лоренца, можно аналогично работе [1] записать:εCo, mod=εCo+ω2pω (ω + i / τгде ω - частота света, ωp−bulkω2p) ω (ω + i / τ,part(2))- плазменная частота [1], а последние два члена описываютотличие εCo,mod для гранул Co от соответствующего объемного значения для Co εCo.Зависимость недиагональных компонент ТДП γ от размера частиц является болеесложной.
Так как γ∼σxy(ω), то аналогично (2), учитывая Друде-Лоренцевский типчастотной зависимости σxy(ω) , можно записать:γCo, mod=γCo+gr224πσ(0) / τxypartxybulk,−22ω (ω + i / τω (ω + i / τ))partbulk4πσbulk(0) / τ(3)где σxybulk(0)=4πMsRbulk/ρbulk2, σxygr=4πMsRgr/ρgr2; Ms - намагниченность насыщения; ρgr удельное сопротивление; Rgr - коэффициент аномального эффекта Холла (АЭХ).Квазиклассический РЭ оказывает влияние как на Rgr, так и на ρgr.
Последнее достаточноочевидно и в силу выражения (1) ρgr=ρbulk(1+l/r0). Влияние РЭ на коэффициент АЭХгранул согласно работе [3] в случае l/r0≥1 можно записать в виде:llRgr = Rbulk + 0.2Rs ( 1+ ),r0r0(4)где Rs - значение коэффициента АЭХ материала поверхности гранул. Подчеркнем, чтонамагниченность гранул может отличаться от намагниченности объемного сплава за счетповерхностных эффектов, но этими изменениями мы пренебрегаем по сравнению созначительными эффектами, состоящими в отличии ρbulk, R bulk и τ bulk от ρgr, Rgr и τgr.В параграфе 2.3 производился расчет оптических и магнитооптических спектровнанокомпозитов с учетом размерного эффекта.Расчеты оптических и МО спектров проводились в приближении Бруггемана иСМГ для гранулированного сплава Co-Al2O3 c объемной концентрацией Co f равной 4549%.
Выбор данного сплава определяется тем, что для него хорошо известны всеоптические и магнитооптические параметры[1], микроструктура[1] и по составу он близокк порогу перколяции.Рис.1 Энергетическая зависимость действительной и мнимой частей диагональнойкомпоненты ТДП в приближении Бруггемана (x = 0.45; форм-фактор L=0.31):…… - r0 = ∞ (без учета размерного эффекта);----- - r0 = 7нм;_____- r0 = 4нм.На Рис.1 представлены результаты выполненного в приближении Бруггеманарасчета действительной и мнимой части ε для сплава Co-Al2O3 с концентрацией Coравной 45%, из которого видно, что в ближней ИК области спектра размер гранулоказывает значительное влияние на спектры диагональной компоненты эффективногоТДП, а следовательно и на оптические спектры. Чем меньше размер частиц, тем сильнееэто влияние (Рис.1).
Этот эффект проявляется только при немалых концентрациях гранул.Именно поэтому в ранней работе [1] не обнаружено влияния размеров частиц нарассчитанные в МГ оптические спектры гранулированных сплавов при x≤0.2. Следуеттакже подчеркнуть, что чем меньше вклад межзонных переходов в оптическуюпроводимость, тем больше роль размерного эффекта.На Рис.
2 представлены спектры экваториального эффекта Керра (ЭЭК) δ(ω),рассчитанные для того же сплава. Параметр δ(ω) определяется как γ, так и ε . Как видно изРис.2, размерный эффект оказывает очень сильное влияние на МО спектры в ближней ИКобласти, изменяя амплитуду, профиль и даже знак МО сигнала.
Столь сильное влияниесвязано с тем, что δ(ω) линейно зависит от γ, нелинейно от ε и в обеих этих функциях какв реальной, так и в мнимой частях проявляется РЭ. Без учета РЭ в АЭХ измененияспектров за счет РЭ в γ и ε одного порядка (Рис.2) и как видно приводят к увеличениюЭЭК. Дополнительный учет РЭ в АЭХ может как усилить, так и ослабить ЭЭК, чтоопределяется знаком и величиной отношения Rs/Rbulk, т.е. структурой поверхностного слоягранул. Подчеркнем, что согласно экспериментальным данным по гигантскому АЭХ [3],это отношение может достигать 103÷104, что приводит к значительным изменениям ЭЭК вИК области спектра.Рис.2 Магнитооптические спектры экваториального эффекта Керра, рассчитанные вприближении Бруггемана (x= 0.45; L = 0.31; l = 2нм; r0 = 4нм; Rs/Rbulk = -20):----- - r0 = ∞ без учета размерного эффекта;……- с учетом размерного эффекта для ε согласно (2) при γCo,mod=γCo;____- с учетом размерного эффекта для ε и γ при Rgr=Rbulk;_____- с учетом полного размерного эффекта.НаРис.3приведеносравнениерассчитанныхвприближенииСМГмагнитооптических спектров (x=0.49) с экспериментальными.
Из Рис.3 видно, что учетполного квазиклассического РЭ приводит к хорошему согласию с экспериментом.Рис.3 Магнитооптические спектры экваториального эффекта Керра:теория (L3 = 0.33; l = 1.8нм; Rs/Rbulk = -3.75):------- - x = 0.49; L1 = 0.65; r0 = 2.2нм;_____- x= 0.48; L1 = 0.6; r0 = 2.3нм;эксперимент:- x = 0.49;- x= 0.52.Также были выполнены аналогичные расчеты для системы Co-CoO, которая тоженаходилась вблизи перколяции.В параграфе 2.4 приведены выводы к главе 2.Третья глава посвящена рассмотрению другого перспективного класса магнитнонеоднородныхсистем-гибридныхмультислоев«металл-диэлектрик».Внихферромагнитные слои представляют собой тонкие (2-3 нм) пленки нанокомпозитов сконцентрациейферромагнитныхчастицвблизипорогаперколяции.Гибридныемультислои сочетают преимущества традиционных мультислоев и гранулированныхсистем: большую величину магнитосопротивления (в рассматриваемом случае туннельноемагнитосопротивление достигает 10%), отсутствие гистерезиса, сравнительно низкие полянасыщения, простоту технологии, а наличие случайных контактов между отдельнымигранулами соседних слоев не является критичным для туннельного магнитосопротивлениявсей структуры.
В силу того, что магнитные слои металла состоят из гранул, разделенныхдиэлектрической прослойкой,для таких систем следует ожидать проявления воптических и магнитооптических свойствах особенностей, связанных с эффектамиперколяции,размернымиэффектами,поверхностнымиплазмонами,усилениемлокального электрического поля и т. д. Принципиальным отличием от объемныхнанокомпозитов является квазидвумерный характер магнитных слоев и периодическое ихрасположение. В диссертационной работе представлены результаты расчета оптических имагнитооптических спектров гибридных мультислоев Co-SiO2 с содержанием Со вблизипорога перколяции и объяснены многочисленные аномалии этих спектров, в частности,рекордное для систем на основе Co значение магнитооптического эффекта Керра.В параграфе 3.1 рассчитывались оптические спектры данных соединений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
