Оптическая и магнитооптическая спектроскопия магнитных нанокомпозитных материалов (1104211), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Более того, в “красной” области спектравеличина ε 2′ в случае Co45Fe45Zr10 более чем на порядок превосходитзначение ε 2′ для композита (Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-x с х = 43%, которыйдемонстрировал максимальный эффект именно в этом интервале энергий.Таким образом показано, что усиление МО отклика в ИК диапазонеспектра нанокомпозитов (Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-x, (Co41Fe39B20)x(SiO2)100-x,(Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x + О2 и (FePt)100-x(SiO2)x вблизи порога перколяциине связано с увеличением их МО активности, а обусловлено изменением12ε'1, ε'20,2аx=38%x=43%x=46%x=66%0,10,0ε'1, ε'2б0,20,10,010,12x=34%x=40%x=47%x=57%2в0,080,0431x = 33,2%x = 42,6%x = 45,5%x = 49,9%0,00243x=100%г32ε1/1ε2/0-0,040,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5E, эВ-10,61,21,82,4E,эВ3,03,64,2Рис.2. Спектры действительной ε1′ (пустые значки) и мнимой ε 2′ (сплошныезначки) части недиагональной компоненты ТДП систем при различных х:(а)(Co41Fe39B20)x(SiO2)100-х;(б)(Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-х;(в)(Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100–x + O2; (г) – однородный сплав Co45Fe45Zr10совокупности диагональной и недиагональной компоненты ТДП приизменении микроструктуры композита вблизи перколяционного перехода.Известно, что термическое воздействие сильно влияет на морфологиюкомпозитных сплавов.
С целью исследования изменения магнитных, МО иоптическихсвойствгранулированногосплаваприизменениимикроструктурыкомпозитавследствиетермообработки,системы(Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x +О2 и (FePt)1-x(SiO2)x были исследованы до и послеотжига.Сильное влияниеотжига можно проследить по спектрамкоэффициента отражения, вычисленного из оптических констант n и k,которые представлены на рис. 3.
Для нанокомпозита с х=25,7% отжиг неоказал влияние на отражательную способность, т.е. при малом содержанииметаллической компоненты образцы до и после отжига структурно13эквивалентны. По мере увеличения x наблюдается уменьшениекоэффициента отражения пленок после термической обработки, а прих≥46,5% появляется максимум в районе 3,5 эВ.0,20после отжигаисходный0,190,180,280,240,220,17R 0,16R0,200,150,180,160,140,13x = 25,7%0,140,120,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,50,300,28после отжигаисходный0,260,120,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5E, эВE, эВпосле отжигаисходныйx = 49,9%0,26x = 42,6%0,220,210,200,19R 0,24R 0,180,220,170,200,16после отжигаx = 54,7%0,150,180,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5E, эВ0,140,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5E, эВРис.3.Спектральныезависимостикоэффициентаотражениянанокомпозитов (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x до (светлые значки) и послеотжига (темные значки)Интерпретацияоптическихспектральныхзависимостейнанокомпозитов с многокомпонентным составом представляется крайнесложной, но, учитывая процессы формирования таких систем и знаяоптические свойства элементов входящих в состав композита, можно сделатьнекоторые предположения.
При термической обработки металлическиегранулы системы (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x начинают объединяться иувеличиваться в размере, при этом увеличивается диэлектрическая прослойкамежду ними, сама же структура становиться более однородной. Ранее былопоказано, что такие геометрические изменения микроструктуры оказываютвлияние как на оптические так и на МО свойства системы [5-7].
Нопоявление новой особенности в ближнем УФ диапазоне в МО и оптическихспектрах отожженных образцов при х≥46,5%, по нашему мнению,14обусловлено появлением новой фазы в результате отжига, которая можетобразоваться из сложных оксидов, при достаточно большом содержанииметаллической компоненты. В работе [8] методом рентгено-спектральногоанализа вблизи края поглощения было обнаружено присутствиемежатомного взаимодействия между элементами металлических идиэлектрических компонентов нанокомпозита (Co41Fe39B20)x(SiO2)1−x иприсутствие окислов Fe2O3, FeO, CoO.
В этой работе было установлено, чтоуже в процессе осаждения происходит поверхностное окислениеметаллических гранул независимо от добавления кислорода враспылительную камеру. В тоже время, последнее обстоятельство оказываетвлияние на содержание и стехиометрию диэлектрической фазы вповерхностном слое нанокомпозитов, что влечёт за собой изменениетранспортных свойств. Аналогично, в нашем случае, при напылении системы(Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x в присутствии кислорода в распылительной камереобразуются окислы Fe2O3, FeO и CoO и в образцах может присутствоватьрастворенный кислород. При термической обработке композитоврастворенный кислород вступает в химическую реакцию с элементамиметаллических и диэлектрических компонентов, таким образом, увеличиваясодержание оксидов металлов, образующихся на поверхности металлическихгранул.
Увеличение содержания окислов после отжига приводит куменьшению величины коэффициента отражения и МО отклика. Спектры Rи ЭЭК демонстрируют, что влияние окисной оболочки сказывается сильнеепри увеличении концентрации металлической компоненты, чтосвидетельствует о возрастании содержания оксидов металлов приувеличении x.Спектры действительной ε1′ и мнимой ε2′части недиагональнойкомпоненты ТДП системы (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x также демонстрировалипоявление дополнительной особенности в спектрах отожженных образцов сбольшим содержание металлической компоненты (x≥45,5%) в областиэнергий около 3,5 эВ. Особенности в районе 1-1,5 эВ в спектрах ε1′ и ε2′(Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-х, (Co41Fe39B20)x(SiO2)100-х и (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x +О2 (рис.2) и в районе 3,5 для отожженных нанокомпозитов(Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x + О2 с х≥45,5% по всей видимости имеют разнуюприроду, так как частота первого перехода не существенно зависит как от х15до порога протекания, так и от структурных изменений в нанокомпозитахвследствие термической обработки.
В то время как второй переходсущественно зависит от обоих этих параметров. Такое поведениеспектральных зависимостей ε1′ и ε2′ композитов с х≥45,5%, свидетельствуетоб изменении электронной структуры этих материалов после отжига. Этоподтверждает наше предположение о появлении новой фазы, которая можетобразоваться в результате отжига из окислов металлов, при достаточнобольшом содержании металлической компоненты.Вслучаесистемы(FePt)100-x(SiO2)xизвестно,чтопривысокотемпературномотжигенеупорядоченнаякубическаягранецентрированной структура FePt переходит в упорядоченнуютетрагональную структуру. Анализ кривых намагничивания в сильных полях(~ 20 кЭ) и зависимостей ЭЭК от магнитного поля позволил предположить,что наблюдаемые изменения МО и оптических свойств, а также увеличениемагнитной жесткости (при x~57%) нанокомпозитов (FePt)100-x(SiO2)x послетермообработки при 7000С вызваны тем, что характер структурного переходав пленках зависит от концентрации магнитной составляющей.
Установлено,что структурный переход в высококоэрцитивную упорядоченную структурупроисходит только в тех композитах, ФМ гранулы которых обладаютдостаточно большими размерами.Дляинтерпретацииполученныхрезультатовмыпровелимоделирование экспериментальных кривых в рамках приближенияБруггемана (ЕМА) [9] и симметризованного приближения МаксвеллаГарнетта (СМГ) [10].Полученные экспериментальные зависимости эффекта Керра длянеупорядоченных нанокомпозитов (FePt)100-x(SiO2)x удалось объяснить врамках приближения Бруггемана. В то время как попытка описатьэкспериментальныеспектрыдлясистем(Co45Fe45Zr10)x(SiO2)100-х,(Co41Fe39B20)x(SiO2)100-х и (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x + О2 в рамках приближенииЕМА не привела к удовлетворительным результатам. Очевидно, что выбортеоретической модели, пригодной для описания оптических и МО свойствконкретного гранулированного сплава, обусловлен, прежде всего,особенностями его микроструктуры.
В нанокомпозитной системе (FePt)100x(SiO2)x, где металлическая фаза обладает кристаллической структурой,16гранулы металла формируются отдельно от диэлектрической матрицы, араспределение частиц по форме и размерам более однородно, чем в случаесплавов “аморфный металл – диэлектрик”, в которых возможно смешивание(взаимное растворение) компонент. Этим можно объяснить необходимостьиспользования более сложного метода при описании оптических и МОсвойств таких материалов, каким является приближение СМГ.Эксперимент ε1СМГ ε110СМГ ε280,08ε 1, 6ε2ε 1′, 0,04ε 2′40,00Эксперимент ε'1-0,042СМГ ε'1Эксперимент ε'2-0,080012 3E, эВ38СМГ ε'25 -0,1204Эксперимент ϕ =600СМГ ϕ =6012TKE*100,12Эксперимент ε212 3E, эВ45040-4-8Эксперимент ϕ =75oСМГ ϕ =75-12012E, эВ34o5Рис.4. Полученные экспериментально (сплошные и пустые точки) ирассчитанные в приближении СМГ (сплошные и пунктирные линии)диагональные и недиагональные компоненты ТДП, а также спектральныезависимости ЭЭК нанокомпозита (Co45Fe45Zr10)46(Al2O3)54.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
