Оптическая и магнитооптическая спектроскопия магнитных нанокомпозитных материалов (1104211), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Новые экспериментальные данные по оптическим и МО свойствамнанокомпозитовразличноготипа:гранулированныхсистем(Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-x, (Co41Fe39B20)x(SiO2)100-x, (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-xмультислойных структур+ О2, (FePt)100-x(SiO2)x, Cox(SiO2)100-x,{CoFeZr(x)-aSi(y)}n и {CoFeZr(x)-SiO2(y)}n в спектральном диапазоне0.5-4.5 эВ.2. Найденные спектральные зависимости диагональных и недиагональныхкомпонент ТДП систем (Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-x, (Co41Fe39B20)x(SiO2)100-x,(Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x + О2 и (FePt)100-x(SiO2)x и вывод о том, чтоусиление МО отклика в ближней ИК области спектра в данных системахне вызвано увеличением МО активности, а обусловлено особенностямимикроструктуры композитов.3. Утверждение об изменении микро- и электронной структурынанокомпозитов (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x + О2 после отжига, вследствиеформирования сложной многофазной системы с присутствием окисловметаллов.4.
Утверждение о корреляции максимальных значений ГМС и ЭЭК вмагнитных нанокомпозитах.5. Вывод о сильномвзаимодействии между ФМ слоями черезполупроводниковуюпрослойкувмультислойныхструктурах{CoFeZr(x)-aSi(y)}n в области малых толщин слоев аморфного кремния.6. Полученные спектральные зависимости ЭЭК для полупроводниковыхпленок диоксида титана, допированного кобальтом, в зависимости отуровня допирования и технологических параметров получения, и выводо том, что при низком уровне допировния (х~0.004) примесные кластерыСо в ФМ образцах Ti1-хCoхO2 со структурой анатаза не образуются.Апробация результатов работы. Материалы, вошедшие вдиссертацию, опубликованы в 26 работах, из которых 9 статей и 17 тезисов всборниках докладов и трудов конференций (список основных публикацийприводится в конце автореферата).
Основные результаты диссертациидокладывались и обсуждались на международных и всероссийских7конференциях: Международный симпозиум «Порядок, беспорядок исвойства оксидов» (ODPO), Сочи, (2003, 2005, 2006); «EASTMAG, EuroAsian Symposium «Trends in Magnetism», Краноярск (2004); «EASTMAG,Euro-Asian Symposium «Magnetism on a Nanoscale», Казань (2007);международная конференции "Функциональные материалы" (ICFM), Крым,Украина (2003); International Symposium on Advanced Magnetic Materials(ISAM2) Yokohama, Japan (2003); International Magnetics Conference (MMMIntermag) California, USA (2004); международная школа-семинар «Новыемагнитные материалы микроэлектроники» (НМММ), Москва (2004, 2006);Moscow International Symposium on Magnetism (MISM), Москва (2005);симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород (2006,2007); VIII International Workshop on Non-crystalline Solids, Spain, (2006).Личный вклад соискателя.
Автором лично получена основная частьэкспериментальных результатов: исследованы оптические спектры всехпредставленных образцов, получены спектральные зависимости ЭЭК длянекоторых исследованных систем. Выполнена математическая обработкаспектральных зависимостей, позволившая получить компоненты ТДП.Обсуждение и анализ полученных результатов проводились авторамисоответствующих работ совместно.Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит извведения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка цитируемойлитературы из 119 наименований. Общий объем работы составляет 148страниц машинописного текста, включая 57 рисунка и 2 таблицы.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации,сформулирована цель работы, поставлены задачи исследований, обозначенанаучная новизна и практическая ценность работы, а также представленастепень апробации, количество публикаций и структура диссертации.В первой главе, которая имеет обзорный характер, обсуждаетсяактуальность исследований наноразмерных материалов и возможности ихпрактического применения, также дан обзор экспериментальных итеоретических работ, посвященных исследованию основных свойствмагнитных нанокомпозитов: структурных, магнитных, электрических,оптических и МО свойств, явлениям магнитосопротивления и перколяции.8Обсуждаются основные модели эффективной среды, использующиеся приописании оптических и МО свойств композитной системы.Вторая глава посвящена описанию экспериментальных методик иустановок, использовавшихся в настоящей работе.
В параграфе 2.1 описанэллипсометрический метод Битти, применяемый для измерения оптическихпостоянных n и k в области энергий падающего света 0,5 – 4,5 эВ. Параграф2.2 посвящен описанию экспериментальной установки по измерениюоптических констант n и k. В параграфе 2.3 дается определение ЭЭК иприводится уравнение, связывающее величину эффекта δ c компонентамиТДП [3]:δ = (aε '1 +bε ' 2 )2 sin 2ϕ,a2 + b2где φ – угол падения света, a = ε 2 (2ε 1 cos 2 ϕ − 1) ; b = cos 2 ϕ (ε 22 − ε 12 + 1) + ε 1 − 1 ;ε 1 , ε 2 и ε '1 , ε '2 – действительная и мнимая части диагональной инедиагональной компонент ТДП.
При этом ε 1 = n 2 − k 2 , ε 2 = 2nk , где – n и kкоэффициенты преломления и поглощения соответственно.Таким образом, на основе экспериментально определенных значенийЭЭК (величины δ) при двух углах падения света, а также значений n и k,можно разрешить данное уравнение, определив компоненты ТДП,позволяющие достаточно полно описать свойства среды.
Кроме того,исследуя частотные зависимости мнимых частей диагональных инедиагональных компонент ТДП можно сделать выводы о зонной структуреисследуемой среды.В параграфе 2.4 описан алгоритм проведения эксперимента иэкспериментальная установка, позволяющая проводить измерения ЭЭК вобласти энергий падающего света 0,5 – 4,5 эВ в присутствии переменногомагнитного поля, достигающего значений ~ 3,5 кЭ.Третья глава посвящена изучению гранулированных нанокомпозитов«аморфный ФМ металл - диэлектрик» и «ФМ металл– диэлектрик».Во введении приводится обзор основных свойств гранулированныхнанокомпозитов, а также обсуждается актуальность исследованияоптических и МО свойств подобных структур.В параграфе 3.2 описаны методы синтеза изучаемых образцов иприведены данные по их аттестации.
Нанокомпозиты (Co45Fe45Zr10)x(SiO2)1009x,(Co41Fe39B20)x(SiO2)100-x, (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x и (Co)x(SiO2)100-x сварьирующейся концентрацией ФМ компоненты были получены вВоронежском государственном техническом университете методом ионнолучевого напыления в атмосфере аргона, при изготовлении пленок(Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x также добавлялся кислород [4].
Гранулированныепленки (FePt)100-x(SiO2)x были изготовлены в лаборатории профессора M.Inoue (Toyohashi University of Technology, Japan) методом последовательногомагнетронного распыления.Параграф 3.3 посвящен экспериментальным результатам исследованияоптическихиМОсвойствгранулированныхнанокомпозитов(Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-x, (Co41Fe39B20)x(SiO2)100-x и (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x +О2, (FePt)1-x(SiO2)x, и (Co)x(SiO2)100-x.
На рис.1 представлены спектральныезависимости ЭЭК нанокомпозитов при различных значениях концентрацииФМ компоненты. Видно, что спектры МО отклика всех систем имеютподобное поведение. Наблюдается существенное изменение вида спектровкомпозитов по сравнению со спектром соответствующей металлическойкомпоненты. Кроме того, в ближней ИК области спектра величина эффектадля образцов, находящихся вблизи порога перколяции хпер, в несколько разпревосходит величину ЭЭК соответствующего чистого ФМ металла.Четко выраженный максимум эффекта в ближней ИК области вблизихпер обнаруживается для всех исследованных систем независимо отэлементного состава фаз.
С другой стороны, величина этого максимальногозначения МО отклика зависит от материала ФМ компонентынанокомпозитов. У всех исследованных систем максимум величины ЭЭК вближней ИК области имеет большее значение для композитов с большимзначением ГМС. Такой рост величины ЭЭК в ближней ИК области и ГМС вцепинанокомпозитов(FePt)100-x(SiO2)x→(Co41Fe39B20)x(SiO2)100-х→(Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-х → (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x обусловлены, по нашемумнению, тем, что величина как МО эффектов, так и магнитосопротивленияпрямо пропорциональны плотности поляризованных электронных состоянийна уровне Ферми, возникающих при ФМ упорядочении в гранулах.Полученный результат в исследованных системах, отличающихся другот друга элементным составом, в которых максимальный ЭЭК в ближнейИК диапазоне спектра наблюдается в области перколяционного перехода,103ЭЭК*1088a4400x = 34%39%43%44%51%61%100%-4-8-12ЭЭК*103112в23-4x = 33,2%x = 42,6%x = 45,5%x = 49,9%x = 100%-8-12-1614б42345г2804x = 37.4%x = 48.2%x = 53.3%x = 69.7%x = 76.7%x = 100%-20-4o60o69o75-4-812E.эВ34-6-8-10123E.
эВ45Рис.1. Спектральные зависимости ЭЭК для нанокомпозитов(а) - (Co41Fe39B20)x(SiO2)100-х; (б) - спектры образца (Co45Fe45Zr10)47(SiO2)53,полученные при различных углах падения света; (в) - (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x+ О2; (г) - Cox(SiO2)100-xпозволяет использовать МО методы для определения xпер. Причем значение х,при котором наблюдается появление ФМ фазы, и значение хпер, определенноеиз исследования концентрационной зависимости электросопротивления,хорошо согласуются друг с другом.Так же как в спектрах ЭЭК, в спектральных зависимостяхдействительной ε1 и мнимой ε2 части диагональной компоненты ТДПгранулированных систем (Co41Fe39B20)x(SiO2)100-x, (Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-x,(Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x + О2, Cox(SiO2)100-x и (FePt)100-x(SiO2)x наблюдалосьсущественное изменение вида и величины оптических спектровнанокомпозитов по сравнению со спектрами соответствующих аморфныхсплавов CoFeB, CoFeZr,FePt и Co.
ε1 нанокомпозитов по сравнению соднородным аморфным сплавом меняет знак на протяжении всей областиэнергий. Лишь для образца Cox(SiO2)100-x с содержанием металлической11компоненты x = 76,7% наблюдается смена знака ε1 в районе 2,8 эВ и уже приэнергиях E > 2,8 эВ поведение ε1диэлектрическойпроницаемостиподобно действительной частиметалла.Исследованияоптическихспектров показало, что как ε1 , так и ε 2 зависят от соотношения концентрацийсоставляющих нанокомпозит материалов, и при замене, как магнитной фазы,так и диэлектрической поведение спектров ε1 и ε 2 не претерпеваетсущественных изменений.Вычисленные недиагональные компоненты ТДП для гранулированныхсистем имеют существенно иной вид по сравнению с соответствующимикомпонентами ТДП однородных сплавов.
Дисперсионные зависимости ε1′ иε 2′длясистем(Co41Fe39B20)x(SiO2)100-x,(Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-xи(Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x + О2 приведены на рис.2. Спектры ε1′ и ε 2′нанокомпозитов, в которых в качестве материала ФМ гранул выступаетаморфный металл Co41Fe39B20 или Co45Fe45Zr10 обнаруживают особенность:действительная часть ε1′ проявляет максимум, в то время как мнимая частьε 2′ пересекает ноль (при Е ~ 1.5 эВ для (Co41Fe39B20)x(SiO2)100-x и(Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-x с х<xпер, для системы (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x + О2описанная особенность наблюдается при Е ~ 1.2 эВ, для нанокомпозита(Co45Fe45Zr10)57(SiO2)43 с х>xпер видим резкий сдвиг энергии описанной вышеособенности в область 1 эВ.)Следует отметить, что в отличие от спектров ЭЭК, в спектрахнедиагональной компоненты ТДП всех нанокомпозитов, ответственной заМО активность материала, мы не наблюдаем усиления по сравнению соднородным аморфным сплавом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
