Диссертация (1145326), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Из Рис. 4.26b видно, что с ростом концентрации Ni для пьезоэлектрических возбуждений увеличивается магнитная составляющаяи происходит рост амплитуды магнитных возбуждений.2020a.01Amplitude A (dB)2-234-4-60246810Frequency F (GHz)1.1b.0Ratio of group velocities w1.0120.930.80.740.612345678Frequency F (GHz)Рис. 4.25: (a) Спектры поглощения электромагнитной волны на микрополосковой линиидля образцов BaTiO3 с наночастицами Ni. (b) Изменение групповой скорости w спиновойволны. Концентрация Ni: 0 – 0, 1 – 0.93, 2 – 2.17, 3 – 4.07, 4 – 8.01 vol.%.203a.765.4 GHzAmplitude A (dB)54322.9 GHz10010203040Ni concentration x (vol.%)b.Ratio of group velocities w1.00.83.5 GHz0.66 GHz0.4010203040Ni concentration x (vol.%)Рис. 4.26: (a) Амплитуды пиков поглощения электромагнитной волны на микрополосковойлинии для образцов BaTiO3 (Ni) на частотах 2.9 GHz и 5.4 GHz в зависимости от концентрации Ni.
(b) Изменение групповой скорости w спиновой волны для пиков с частотами3.5 GHz и 6.0 GHz в зависимости от концентрации Ni.2044.7.3Температурные зависимости спин-поляризационной релаксацииКак видно из соотношений (4.22) и (4.24) характер затухания спиновых возбужденийв гранулированной структуре во многом определяется разностью между уровнем Фермигранулы и дном зоны проводимости матрицы ∆.
Экспериментальные исследования затухания методом спинволновой спектроскопии были проведены на гранулированных структурах аморфного гидрогенизированного углерода a-C:H с наночастицами Co и на структурах аморфного SiO2 с гранулами Co86 Nb12 Ta2 в работах [127–129]. Эти исследованияподтвердили характер зависимостей затухания от температуры, определяемый формулами (4.22) и (4.24). Энергия активации ∆ + U для структур (a-C:H)100−x Cox находилась изтемпературных зависимостей тока в CPP-геометрии на структурах с малым содержаниемкобальта x и была равна 0.22 eV.
Учитывая, что частицы кобальта имели размер 2 – 2.2nm, мы оценивали среднюю емкость частиц, электростатическую энергию U и энергию∆, которая оказалась малой и сравнимой с kT (∝ 0.02 eV). Для структур a-SiO2 с гранулами Co86 Nb12 Ta2 (размер гранул 3-6 nm) энергия ∆, напротив, имела большое значение,∆ À kT .Влияние коэффициента затухания спиновых возбуждений гранулированной структурына спиновую волну в пленке YIG определялось на структурах YIG / (изучаемая гранулированная пленка) при температурах 77 – 393 K [127].
Изучались изменения групповой скорости и затухания поверхностной магнитостатической спиновой волны в пленкеYIG в диапазоне частот 2.2 – 4.0 GHz. Релаксация спиновых возбуждений в гранулированной пленке приводила к уменьшению групповой скорости и к увеличению затуханияспиновой волны в пленке YIG. По этим изменениям оценивалась релаксация спиновыхвозбуждений гранулированной структуры.
На Рис. 4.27 представлено относительное изменение параметра релаксации δ спиновой волны в пленке YIG, вносимое взаимодействиемс пленками SiO2 с гранулами Co86 Nb12 Ta2 в зависимости от концентрации металлическихнаночастиц. Толщины пленок a-SiO2 (Co86 Nb12 Ta2 ) – 2.7 - 5.1 µm. Видно, что до 45 at.%параметр релаксации, который определяется релаксацией спиновых возбуждений гранул,незначительно изменяется от температуры. В области концентраций x = 45 at.% находитсяпорог перколяции. При концентрациях больших 45 at.% на параметр релаксации спиновой волны в пленке YIG начинает сказываться проводимость пленки a-SiO2 (Co86 Nb12 Ta2 )и δ начинает зависеть от температуры через температурные изменения проводимости.На Рис.
4.28 показано изменение групповой скорости w для гранулированных пленок aSiO2 (Co86 Nb12 Ta2 ). При концентрациях частиц x < 45 at.% w практически не зависела оттемпературы [128, 129]. Независимость от температуры w и δ при x < 45 at.% приводитк выводу, что релаксация спиновых возбуждений в структурах с матрицей a-SiO2 определяется спин-поляризационными возбуждениями на более глубоко лежащих по энергии2053.5291 KRelaxation ratio3.02.52.077 K1.51.0020406080100Metal concentration x (at.%)Рис. 4.27: Относительное изменение параметра релаксации δ спиновой волны в пленкеYIG, вносимое взаимодействием с пленками SiO2 с гранулами Co86 Nb12 Ta2 в зависимостиот концентрации металлических наночастиц при температурах 77 и 291 K.локализованных состояниях в матрице и описывается формулой (4.22).
В противоположность этому, для гранулированных пленок (a-C:H)100−x Cox (толщины 250 – 550 nm) приx < 45 at.% релаксация резко возрастала с увеличением температуры (Рис. 4.29). Она имела характерный тип температурной зависимости, определяемый формулой (4.24) [127,129],что подтверждает модель релаксации, обусловленной переходами электрона с переворотомспина между подуровнями термически активированной электронной шубы гранулы.4.7.4Определение параметров гетероструктур SiO2 (Co) / GaAsМетодика определения параметров магнитных пленочных структур из дисперсионныхкривых поверхностных спиновых волн, развитая в рамках метода спинволновой спектроскопии, может быть применена к анализу дисперсионных кривых спиновых волн, полученных другими методами.
Спиновые волны можно наблюдать с помощью техники бриллюэновского рассеяния [101–108]. В качестве примера применения развитой теоретическоймодели к эксперименту использованы результаты исследования спиновых волн методомбриллюэновского рассеяния, полученные в [106–108]. Эксперименты проводились на пленках аморфной двуокиси кремния с наночастицами кобальта на арсенид-галлиевой подложке (SiO2 )100−x Cox / GaAs (или, сокращенно, SiO2 (Co) / GaAs), где x – содержание Co ватомных процентах. Подложки n-GaAs толщиной 0.4 mm имели ориентацию (100) и кон-2061.20Ratio of group velocities w1.15291 K1.101.0577 K1.000.95020406080100Metal concentration x (at.%)Рис.
4.28: Изменение w групповой скорости спиновой волны в YIG пленке, взаимодействующей с образцами a-SiO2 (Co86 Nb12 Ta2 ), в зависимости от концентрации наночастиц притемпературах 77 и 291 K.Ratio of group velocities w1.041.0077K0.960.92393K293K0.882530354045Co concentration x (at.%)Рис. 4.29: Изменение w групповой скорости спиновой волны в YIG пленке, взаимодействующей с образцами (a-C:H)100−x Cox , в зависимости от концентрации Co x при температурах77, 293 и 393 K.207центрацию носителей 1015 cm−3 .
Средний размер частиц Co в пленке SiO2 увеличивалсяс ростом x: от 2.7 nm при x = 39 at.% до 4.3 nm при x = 83 at.%. Пленки SiO2 (Co) имелитолщины от 40 до 600 nm.Исследование бриллюэновского рассеяния проводилось в DE-геометрии, т.е. внешнее~ (Рис. 4.13) было касательно к пленке и падающий световой пучок возмагнитное поле Hбуждал спиновую волну (или рассеивался на термически возбужденной спиновой волне)~ Используемый Ar+ лазер имел длинус волновым вектором ~q ортогональным полю H.световой волны λph = 514 nm. Величина волнового вектора спиновой волны ~q определялась углом падения светового пучка Θ: q = (4π/λph ) sin Θ. Дисперсионные кривые спиновых волн были получены из измерений частотных сдвигов стоксовых и анти-стоксовыхкомпонент рассеяния при разных углах падения Θ.
На Рис. 4.30, 4.31 приведены точкиэкспериментальных значений дисперсионных кривых поверхностных спиновых волн, распространяющихся в противоположных направлениях. Одна кривая соответствует волне,распространяющейся вдоль свободной поверхности пленки, другая кривая – волне, распространяющейся вдоль интерфейса с GaAs. Наблюдалось значительное различие ветвейдисперсионных кривых, отличающееся от дисперсионной зависимости (4.54). Согласноанализу факторов, влияющих на дисперсионные кривые [110, 111], значительное различие двух ветвей дисперсионных зависимостей поверхностных волн может обусловлено: (1)неоднородностью магнитных параметров по толщине пленки, (2) наличием проводящегослоя вблизи пленки SiO2 (Co). Так как по условиям получения пленок SiO2 (Co) распределение Co по толщине пленки было равномерным, то, согласно (4.32), (4.33), неравномерностьмагнитных параметров связывалась с параметрами порядка ξ(y), ζ(y).
Эти факторы, наряду с наличием проводящего слоя, являются главными, приводящими к существенноразной форме дисперсионных ветвей. Поэтому в разложении (4.62) были учтены коэффициенты ξ0 , ξ1 , ζ0 , ζ1 и предполагалось наличие проводящего слоя (слоя C, Рис. 4.13)(C)вблизи интерфейса толщиной ∆ с проводимостью σ0 . Исследованные гранулированныеструктуры с магнитными металлическими частицами являются магнитомягкими с незначительной величиной магнитной анизотропии [95, 96]. Поэтому поле анизотропии в (4.26)и (4.32) полагалось равным нулю.
Тем не менее, сильная анизотропия, вызванная спинорбитальным взаимодействием 3d-электронов Co с электронами и дырками GaAs, можетнаблюдаться на интерфейсе с GaAs. Она может приводить к упорядочиванию спинов наночастиц Co вблизи интерфейса. Проводимость пленки SiO2 (Co) учитывалась в нулевом(B)приближении σ0разложения (4.62). На пленках SiO2 (Co) с большой концентрацией Co(x = 80 - 83 at.%) наблюдалась тонкая структура, предположительно вызванная невырожденными спинволновыми резонансами на обратных объемных спиновых волнах [106]. Таккак снятие вырождения обратных объемных волн может быть обусловлено как обменнымвзаимодействием, так и проводимостью пленки SiO2 (Co) [109–111], то при расчете дисперсионных зависимостей поверхностных волн была учтена обменная константа α0 в нулевом20822Spin wave frequency F (GHz)2120qhxqhxdGaAs19181702040Angle of incidence60(degrees)Рис. 4.30: Дисперсионные кривые поверхностных спиновых волн, распространяющихся впленке (SiO2 )100−x Cox толщиной 600 nm с концентрацией Co x = 83 at.%.
Внешнее магнитное поле H = 3 kOe, намагниченность насыщения 4πM = 9.82 kOe. hx – профильx-компоненты переменного магнитного поля спиновой волны. (Экспериментальные данные получены А. Сташкевичем.)приближении разложения (4.62).Аппроксимация экспериментальных кривых теоретическими зависимостями проводилась на основе дисперсионного соотношения (4.53). Искомыми параметрами были ξ0 , ξ1 ,(C)(B)ζ0 , ζ1 , σ0 , α0 пленки SiO2 (Co) (пленка B, Рис. 4.13) и σ0 , ∆ проводящего слоя вблизи интерфейса (слой C). На первом этапе решалась задача нахождения минимума функционала(C)расхождения S (4.69) с параметрами ξ0 , ξ1 , ζ0 , ζ1 , σ0 , ∆ с собственными функциями (4.65),(4.66).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
