Г.С. Кринчик - Физика магнитных явлений (1127398), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Зависимость проекций поверхностной намагниченности на направление магнитного поля при повороте образца (черные кружки) и ва направление (0111 при повороте магнитного толя (светлые кружки), измеренных с поможью экваториального эффекта Керра (й — угол между Н и направлением (О!1]). Пунктирвыс линии изображают расчетные кривые для тех же компонент намагвиченности в объеме образца На рисунке 5.26 приведены экспериментальные кривые измерения магнитооптического эффекта на небазисной грани (100) моно- кристалла гематита.
Черные кружки изображают кривую зависимости экваториального эффекта Керра от угла поворота образна относительно плоскости падения света вокруг оси, перпендикулярной плоскости (100). Магнитное поле при этом лежит в плоскости (100) и направлено все время перпендикулярно плоскости падения 352 света. Пунктиром изображена расчетная кривая для проекции вектора намагниченности в объеме образца на направление Н с учетом того, что угол между плоскостями (100) и (111) составляет 57'35'. Так должен был бы зависеть эффект от угла 6, если бы намагниченности образца на поверхности в объеме были равны. Кривая пронормирована по значению максимального экваториального эффекта. Светлыми кружками изображена кривая зависимости экваториального эффекта от поворота магнитного поля в плоскости (100) при неподвижном образце.
При р=90' магнитное поле изменяет направление относительно легкой оси, и экваториальный эффект должен изменить знак. Соответствующая расчетная кривая для объемной намагниченности изображена пунктирной линией. В данном случае пунктирная кривая изображает изменение проекции вектора намагниченности в объеме на направление [011!. Описанные эксперименты однозначно свидетельствуют о том, что на грани (100) слабого ферромагнетика с легкой плоскостью анизотропии появляется поверхностный одноосный слабый феррамагнетизм ортоферритного т ша. Особенно четко это видно в случае вращения Н, когда прохождение внешнего магнитного поля через направление, перпендикулярное оси легкой анизатропии 1011), приводит к перемагничиванию поверхностного слоя от +1 к — 1 вдоль этой оси.
Оденки показали, что определяющую роль в закреплении т, на поверхности в гематите играет магнитодипольное взаимодействие. Энергия магнитной анизотропии в объеме кристалла гематита складывается из двух противоположных по знаку и почти равных по величине компонент — энергии магнитодипольного взаимодействия и одноионной кристаллической анизотропии. В противоположность магнитодипольной одноионная анизотропия может мало измениться на поверхности по сравнению с объемом.
При указанном предположении была рассчитана энергия поверхностной анизотропии (см. 9 3.2) для граней (100) и (!11) гематита в двух случаях †- когда последняя атомная плоскость ионов ге'~ состоит из ионов двух типов (рис. 4.4). Ниже приводится выражения для плотностей указанных энергий (в эрг/см'): о~ив> = — О,! з!п*йсоз'Ф+ 0,!з1п'Оз!и'Ф вЂ” 0,0!соа'О— — О, 25 з!и О соз О з!и Ф, (5.6.4) о,' зй -= О, 24 з!пз О созз Ф вЂ” 0,03 з1п' О з!и' Ф вЂ” О, 2! соз' О -Р + 0,04з1п О сов Он!и Ф, о,'н и == О, 24 соз' О, о(н ц = — О, 24 соз' О, О, Ф вЂ” сферические углы вектора 1..
На большинстве исследованных иебазисных наблюдался поверхностный магнетизм, который (5.6.5) (5.6.6) (5.6.7) граней гематита объясняется уче- 353 б о Ш 1у Гт' :у яз том энергии а(!ор!. Отсюда можно сделать интересное обратное занлючение — естественный рост граней типа (100), как правило, заканчивается атомной плоскостью, состоящей из ионов Рея+ типа 2. Расчет показал, что пРи Учете одопп! шиРина повеРхностного магнитного слоя в поле Н=! кЭ примерно 0,4 мкм, и этот слой уничтожается путем огт, игл»ялг уменьшения его ширины и разворота вектора 1. в перпендикулярном поверхности поле Н порядка 9 20 кЭ. Действительно, экспе- римент по измерению поз лярного эффекта Керра на небазисных гранях кристаллов гематита обнаружил постепенное нарастание полярного эффекта с увеличением поля, 1 перпендикулярного по- ,Р' верхности образца (рис.
5.27), что можно интерпретировать как резуль- 0 7 Ч тат стирания поверхностного магнетизма, Из хода кривой аь(Н) видно, что Рис. 527. «Стирание» поверхностного магие- полного разрушения потнзмз внешним магнитным полем нз небззис- верхностного магнетизма иой ГРани гемзтнтз (! — Н.3 (100), 2 — в поле 13 5 КЭ еше не Н !! [01!], наблюдавшееся с помощью полярного эффекта Керра, » — отсутствие эфФекта пРонзпшло ЗаМЕтнм чтО нз базисной грани гемдтитз при н~((!!11.
процесс намагничивания Л=0,55 мкм монокристалла гематнта при отсутствии влияния поверхностного магнетизмз заканчивается в полях 200 Э. Полученный результат подтверждается и наличием полярного эффекта при наложении поля в плоскости образца вдоль оси трудного намагничивания на поверхности !011].
При этом точки кривой 1 прн пересчете на эквивалентное значение гп», хорошо ложатся на кривую 2 (крестики на рис. 5.27). Здесь возникает еше одна интересная проблема магнитооптики. Сравнение величины экваториального и полярного эффектов Керра для слабого ферромагнетика — гематита и ферримагнетика — иттриевого граната показывает, что, несмотря на значительную разницу в значениях намагниченности (2 и 400 Гс!смз для а-РезОз и октаэдрической подрешетки в УзрезОш соответственно), магнитооптические эффекты в этих магнетиках примерно одинаковы.
На гематите был поставлен специальный эксперимент длн 354 выяснения физической природы аномально большой магнитооптической активности слабых ферромагнетиков. На рис. 5.27 представлены экспериментальные точки, полученные при измерении полярного эффекта Керра на базисной плоскости гематита (111) при Н ~~ 11111. Видно, что полярный эффект отсутствует, хотя индуцированная магнитным полем нормальная компонента намагниченности ~п„ примерно равна нормальной компоненте намагниченности т," на небазисной грани в предыдущем случае.
Этот результат доказывает, что аномально большие магнитооптические эффекты в слабых ферромагнетнках определяются не вектором пц а переориентацией всей спин-системы слабого ферромагнетика, в том числе и его вектора антиферромагнетизма Е. Это не означает, однако, что вектор Е слабого ферромагнетика аналогичен в магнитооптических свойствах вектору 1 ферро- или ферримагнетика. Например, наличие нормальной компоненты 1. на поверхности не вызывает появления полярного эффекта Керра. Более того, даже переориентация вектора Б в антиферромагнетике может не сопровождаться большими нечетными магнитооптическими эффектами. Дело, по-видимому, обстоит таким образом, что те же микроскопически" механизмы, которые приводят к появлению поля Дзялошинскога и вектора т„приводят также и к появлению аномально больших недиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости, которые изменяют знак при переориентации векторов ш„Е и Но и тем самым вызывают аномально большие линейные по ш, магнитооптические эффекты в слабых ферромагнетиках.
Магнитооптические исследования при микронном оптическом разрешении. Если в дополнение к ограничению на глубину проникновения света б, которое рассматривалось в предыдущем пункте, добавить пространственное ограничение пучка света, т. е, предельяо ограничить размер площадки, от которой отражается свет, то получим новый принцип измерения магнитных характеристик ферромагнетика 1магнигооптический микромагнетометр).
Принцип действия этого прибора состоит в совмещении падающего и отраженного света в одном объективе отражательного микроскопа и в последующей фиксации изменения интенсивности света, пришедшего в плоскость изображения микроскопа от малого участка поверхности исследуемого образца.
Измеренный магнитооптический эффект соответствует изменению намагниченности засвеченного участка поверхности при периодическом изменении внешнего магнитного поля. Переход от одного магнитооптического эффекта к другому путем изменения ориентации образца, плоскости падения и угла падения света, введения анализатора позволяет в принципе определить вклады различных слагающих намагниченности. Существенную информацию дает также и изменение амплитуды внешнего магнитного поля. 355 Для характеристики возможностей методики приведем примеры операций, с помощью которых можно провести измерения той нли иной компоненты намагниченности на микроучастке поверхности магнитного кристалла.
1. При использовании обычного объектива мы имеем симмет- ричный пучок в том смысле, что каждому лучу света с положи- тельным углом падения соответствует луч с отрицательным углом падения, что приводит к исчезновению экваториального и мери- дионального эффектов Керра, нечетных по углу чадения и зави- сящих линейно от параллельных поверхности образца компонент намагниченности. При введении анализатора регистрируется полярный эффект Керра, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
