Оптическая и магнитооптическая спектроскопия магнитных нанокомпозитных материалов (1104211), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Параметрыиспользованные при рассчете: x=46 (f=42), La=0.25, Lb=0.4 и a=0.7В приближении СМГ рассматривается среда, в которой один тип частиц(А) представляет собой компоненту материала 1 внутри компонентыматериала 2, другой тип (Б) наоборот – компоненту 2 внутри компоненты 1.17В нашем случае материал 1 есть металлическая компонента сплава, аматериал 2 – диэлектрическая.При использовании для расчета значений форм-факторов частиц LА иLB из очень узкого диапазона величин, удалось получить как качественное,так и количественное согласование теории и эксперимента. Таким образом,на основе результатов моделирования, можно сделать вывод о форме частицкомпозита (рис.4).В рамках приближения СМГ не удалось описать экспериментальныерезультаты для отожженной системы (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100-x + О2, при этомрасхождение рассчитанных и экспериментальных спектров увеличивалосьпри увеличении x. Это обстоятельство хорошо объяснимо, если принять вовнимание присутствие окислов (Fe2O3, FeO, CoO) в композитах и появлениеновой фазы, содержание которых увеличивается после отжига приувеличении x.В заключение к данной главе сформулированы основные выводы ирезультаты по исследованию оптических и МО свойств гранулированныхнанокомпозитов.В четвертой главе представлены результаты исследованиянаномультислойных систем «аморфный ФМ металл-ПП» {Co0,45Fe0,45Zr0,1(x)aSi(y)}n и «аморфный ФМ металл-диэлектрик» {Co0,45Fe0,45Zr0,1(x)- SiO2(y)}n.Во введении приводится обзор основных свойств мультислойныхсистем ФМ металл - ПП, а также обсуждается актуальность исследованияоптических и МО свойств подобных структур.В параграфе 4.2 описаны методы синтеза изучаемых образцов иприведены данные по их аттестации.
Многослойные магнитные пленкисоставов {Co0,45Fe0,45Zr0,1(x)-aSi(y)}n с числом бислоев n = 54, 101, 215 и{Co0,45Fe0,45Zr0,1(x)-SiO2(y)}n n = 55 и 32 были получены в вакуумнойустановке путем ионно-лучевого распыления мишеней из Co0.45Fe0.45Zr0.1 иSi/или SiO2 на ситаловые подложки при комнатной температуре.Параграф4.3посвященэкспериментальнымрезультатамисследования оптических и МО свойств мультислойных систем {CoFeZr(x)aSi(y)}n и {CoFeZr(x)-SiO2(y)}n.
Измерения ЭЭК показали, что вид ивеличина МО спектров сильно изменяются в зависимости от толщиныметаллических (х) и полупроводниковых (у) слоев. Для системы с наиболее18толстыми слоями (х, y∼10 нм) и n=54, как для нанокомпозитов ФМ металл –диэлектрик, наблюдалась немонотонная зависимость величины ЭЭК отобъемного содержания (f) CoFeZr и появление максимума МО отклика вближней ИК области в районе 1,6 эВ, который незначительно смещался взависимости от толщины металлических и полупроводниковых слоев. Длясистем с меньшими толщинами слоев (х, y∼1-5 нм) и n=101, 215 наблюдалосьувеличение эффекта в видимой и УФ области спектра при малых толщинахслоя кремния (y = 1,4 и 0,9 нм) и падение величины эффекта с его ростом.Спектры ЭЭК мультислоев {CoFeZr(x)-SiO2(y)}55 демонстрировалисходство между собой при различных толщинах слоев и со спектрамичистого сплава CoFeZr, а также монотонное падение величины эффекта суменьшением металлической компоненты f.Анализ полевых зависимостей ЭЭК показал, что для системы столстыми слоями (х,y∼10 нм) взаимодействие между слоями не играетсущественной роли.
В то время как для образцов с меньшими толщинами слоевнаблюдалось сильное влияние полупроводниковой прослойки на магнитнуюструктуру образцов и участие aSi в процессах обменного взаимодействия.Моделирование МО спектров в приближении Бруггемана (EMA) и наоснове макроскопической френелевской магнитооптики для ультратонкихслоев, с учетом интерференции лучей, отраженных от границ слоев [11],показало, что приближение эффективной среды дает хорошее согласованиеэкспериментальных МО спектров с расчетными для системы с наиболеетолстыми слоями (х, y∼10 нм) и n=54, в то время как на основемакроскопической френелевской магнитооптики для ультратонких слоев неудалось описать поведение спектральных зависимостей ЭЭК этих образцов.По всей видимости, это связано с тем, что слои в исследованных системах неимеют четких границ.
Размытие границ между слоями может происходитьвследствие взаимной диффузии металла и кремния с образованиемсилицидов, а соседние слои в мультислойке могут представлять собойостровковые пленки. Образцы с наиболее толстыми слоями возможнорассматривать как агрегатную среду, свойства которой хорошо объясняютсяв приближении Бруггемана. Поведение МО спектров для систем с меньшимитолщинами слоев (х, y∼1-5 нм) и n=101, 215 не удалось объяснить ни вприближении простой эффективной среды, ни на основе макроскопической19френелевской магнитооптики для ультратонких слоев, что свидетельствует оболее сложной реальной микроструктуре данных образцов. С одной стороныздесь может в значительно большей степени сказываться влияние наоптические и МО свойства диффузного интерфейса из силицидов, чем вмультислоях с большой толщиной слоев.
С другой стороны в образцах смалыми толщинами aSi в большей степени может происходить окислениеаморфного кремния, что также в значительной степени изменяет оптическиеи МО свойства системы.На рис.5 приведеныспектральные зависимости диагональнойкомпоненты ТДПмультислойных систем {CoFeZr(x)-aSi(y)}n (а, б),{CoFeZr(x)- SiO2(y)}55 (в) и однородного аморфного сплава CoFeZr (г) .
Вдисперсионных зависимостях ε1 и ε2 для системы с наиболее толстымислоями (х, y∼10 нм) (рис.5а) проявляются как особенности в ИК области,связанные с вкладом электронов проводимости в CoFeZr слоях, так иособенности в районе 3,7 эВ характерные для межзонных переходов ваморфном кремнии, в этой области энергий ε2 обнаруживает максимум, а ε1пересекает ноль (значения ε1 и ε2 для aSi приведены на вставке к рис.5г). Дляобразца с большим содержанием металлической компоненты (f=71,1%)поведение спектров диагональной компоненты, как и спектров ЭЭК, близко кспектрам для чистого сплава CoFeZr. Для систем с меньшими толщинамислоев (х, y∼1-5 нм) (рис.5б) особенностей в поведении кривых в области 3,7эВ, характеризующих межзонные переходы в a-Si, не наблюдается, также какв оптических спектрах мультислойной системы {CoFeZr(x)-SiO2(y)}55(рис.5в).Для выяснения природы наблюдаемых особенностей для мультислоев сх, y∼10 нм были рассчитаны спектры оптической проводимости σ=ε2*E, гдеE – энергия падающего излучения, и функции энергетических потерь L(hw) ~-Im(ε -1)=ε2/(ε12+ε22).
По спектрам оптической проводимости наблюдалосьрезкое увеличение значения σ в районе энергий 3,7 эВ, обусловленноемежзонными переходами в аморфном кремнии. В дисперсионныхзависимостях функции энергетических потерь обнаруживался максимум врайоне 1,6 эВ, который незначительно смещался в зависимости от толщиныметаллических и полупроводниковых слоев, как и максимум в спектрах МО20ε1, 30ε2x, нм y, нм8,973,6511,42 8,2711,68 11,0211,23 14,239,2912,69а20f, %0.710.580.500.440.42ε1, 24ε2x, нм y, нм7,45 4,563,73 4,642,14 4,31в16f, %0,620,450,3381000-10-2020бx, нм y, нм1,34 0,911,71 2,073.49 4.2815f, %0,60,450.45{CoFeZr(x)-SiO2(y)}55-8n=54n21521510160гa-Si201510301050-50123E,eV4505CoFeZr00,61,21,82,43,0E, эВ3,64,24,8-300,6 1,2 1,8 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8E, эВРис.5.
Действительная ε1 (пустые точки) и мнимая ε2 (сплошные точки)части диагональной компоненты ТДП систем {CoFeZr(x)-aSi(y)}n (а, б),{CoFeZr(x)-SiO2(y)}55 (в) при различных толщинах слоев и однородногоаморфного сплава CoFeZr (г)эффекта, обнаруженный в этой же области энергий. Поскольку максимум вфункции потерь проявлялся в районе энергий, где наблюдалось уменьшениеε2 и ε1≈0, то можно предположить, что мы наблюдали потери, обусловленныеплазменными колебаниями, тогда как другие потери, обусловленные,например,межзоннымипереходами,должныхарактеризоватьсяотносительным максимумом в ε2. Действительно, оценка энергииповерхностных плазмонов мультислойной системы {CoFeZr(x)-aSi(y)}n поформуле hω s = hω pm / 1 + ε d , также дает величину hω s ≈ 1,6 эВ (для расчетабыли взяты следующие параметры: hω pm ≈ 5,6 эВ и ε d ≈ 12 ).
Следовательно,наблюдаемый максимум МО отклика для системы с толстыми слоями (х,y∼10 нм) в районе 1,6 эВ связан с поверхностными плазменнымиколебаниями в этой области энергий. Подобный максимум отсутствовал длянаномультислойных пленок с меньшими толщинами слоев (х, y∼1-5 нм), чтоможет быть связано, как с большей неоднородностью мультислоев с малыми21толщинами, т.е. с большим влиянием интерфейсов, так и с возможнымвлиянием туннелирования через aSi на плазменные колебания.В заключении перечислены основные результаты данной главы исформулированы основные выводы.В пятой главе описаны результаты исследования оптических,магнитных и МО свойств полупроводниковых пленок диоксида титана,допированного кобальтом.Во введении к пятой главе речь идет о перспективах применения этогонового класса магнитных материалов в спиновой электронике имагнитофотонике, а также приводится обзор основных свойств такихструктур. Описываются методы создания однофазного магнитногополупроводника в котором ферромагнетизм, обусловлен локальнымобменным взаимодействием между спином носителей и локальныммагнитным моментом примеси в гомогенном материале.
Показано, что МОспектроскопия является одним из эффективныхметодов изученияразбавленных магнитных полупроводников.В параграфе 5.2 описан процесс изготовления изучаемых образцов иприведены данные по их аттестации, а также результаты исследованияструктурных, магнитных и электрических свойств. Пленки оксидов титана,легированных Co, толщиной 0.2-0.3 мкм были получены методомвысокочастотного магнетронного распыления металлической сплавноймишени в смеси Ar-O2 при парциальном давлении кислорода 2.10-6 - 2.10-4тор на подложках LaAlO3.
Изменение парциального давления кислорода впроцессе получения пленок позволяло фиксировать в них различныеструктурные фазы TiO2-δ, которые возможно было изменять проведениемдополнительных термических обработок.В параграфе 5.3 приведены экспериментальные результаты по МО иоптическим исследованиям пленок Ti1-xCoxO2-δ.На рис. 6 представлены МО спектры ФМ пленок TiO2-δ : 8%Со приразличных структурных состояниях матрицы TiO2.
Видно, что как значенияЭЭК, так и форма спектров зависят от структуры пленок. Не смотря нанизкий уровень допирования, для пленки со структурой анатаза в областипрозрачности матрицы наблюдается большое значение МО эффекта,превышающее даже значение для кобальта, что может иметь практическое224,0применение.Длявсехпредставленныхслучаевзначение МО отклика и формаспектров отличается от спектровдляполиимикрокристаллического Со.Для пленок монооксидаTiO и рутила, допированных0.08 Co форма спектров ЭЭКпохожанаспектрынанокомпозит3,2TKE*1032,41,60,80,0монооксид (Co) (TiO)0.08-0,8TKE*103-1,62,01,51,00,50,0-0,5-1,0-1,50,580,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5рутилнанокомпозитовCox(TiO2-δ)1-x,TKE*103что может свидетельствовать об1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0образовании кластеров Со ванатазпленках монооксида титана и6рутила.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
