Диссертация (1145326), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Благодаря разупорядоченной структуре аморфные магнитные материалыобладают необычными свойствами, такими как влияние флуктуаций обменного взаимодействия на магнитное состояние, появление ротонной ветви спиновых волн и гигантский ∆E-эффект [80–83]. Нанокомпозиты, состоящие из ферромагнитных металлическихнаночастиц в изолирующей матрице, обнаруживают такие интересные свойства, как гигантское магнитосопротивление, обусловленное спин-зависимым туннелированием [84–90],существование дополнительных мод в спектре ферромагнитного резонанса (ФМР) в узкой области вблизи перколяционного перехода [91–93], резкое увеличение ширины линииФМР с уменьшением концентрации наночастиц [91, 92, 94, 125], необычные магнитомягкиесвойства, вызванные взаимодействием между ферромагнитными наночастицами [95,96], ивлияние межкластерного дипольного взаимодействия на магнитную релаксацию кластеров [97, 98].
Эффект инжекционного магнитосопротивления наблюдался на гетероструктурах, состоящей из пленки двуокиси кремния с наночастицами кобальта на подложкеGaAs [99, 100, 161].Для анализа вышеупомянутых свойств и эффектов необходимо получить информациюо магнитных свойствах неупорядоченных систем. Одним из эффективных средств, котороеможет быть применено для характеризации магнитных структур, является исследованиеизменений дисперсионных кривых и групповых скоростей, вызванных внутренней магнитной структурой образцов, на спиновые волны, распространяющиеся в этих образцах.Спиновые волны очень чувствительны к магнитному разупорядочению.
Разупорядочениеприводит к изменению дисперсионных кривых спиновых волн. Для исследования этих изменений можно использовать спиновые волны, генерируемые микрополосковыми антеннами [42,68,69], или термически возбужденные спиновые волны, наблюдаемые с помощьютехники Бриллюэновского рассеяния [101–105]. Для интерпретации экспериментальныхрезультатов необходимо развить теорию спиновых волн в неупорядоченных структурах инайти дисперсионные кривые спиновых волн в зависимости от параметров порядка.С этой целью в рамках модели Гейзенберга с магнитным дипольным и обменным взаимодействиями между спинами, которая изложена в главе 3 и в [36, 109], в разделе 4.3будут рассмотрены длинноволновые спиновые волны в неупорядоченных магнитных системах.
Усредняя псевдодифференциальные уравнения Ландау-Лифшица, мы получимуравнения, описывающие длинноволновые спиновые волны. Влияние магнитного разупорядочения на дисперсионные соотношения спиновых волн будет рассмотрено на примере нормально намагниченной пленки и касательно намагниченной пленки в геометрииДаймона-Эшбаха (DE). Найдено, что в неупорядоченных магнитных системах появляются продольные спинволновые моды. Эти моды аналогичны плазмонным модам [112,113]. Вферромагнитно упорядоченных структурах продольные моды вырождены и не наблюда25ются. Будет рассмотрено экспериментальное подтверждение существования продольныхспинволновых мод, проявляющееся в появлении второго пика в спектре ФМР.
Эта двухпиковая структура спектра ФМР, наблюдаемая в магнитных нанокомпозитах [114–117],может быть объяснена возбуждением обычных спиновых волн и продольных спинволновых мод.1.3.3Спинволновая спектроскопияОдним из эффективных средств, которое может быть применено для характеризациимагнитных свойств исследуемых структур, является их исследование с помощью спиновых волн. Метод, использующий возбужденные спиновые волны, распространяющиеся висследуемой структуре, и позволяющий получать информацию о ее свойствах из дисперсионных характеристик спиновых волн, может быть назван методом спинволновой спектроскопии [111, 117, 127, 163].
Спиновые волны могут быть возбуждены в самом исследуемомобъекте или в структуре исследуемый объект / магнитная пленка, где магнитной пленкой может быть пленка железоиттриевого граната Y3 Fe5 O12 (YIG). В последнем случаепеременное магнитное поле спиновой волны, распространяющейся в пленке YIG, взаимодействует с исследуемым объектом, что приводит к изменениям дисперсионной кривой,групповой скорости и затухания спиновой волны.
Как правило, в методе спинволновойспектроскопии используются поверхностные спиновые волны. Возбуждение и прием спиновых волн в пленке YIG и в исследуемом объекте может быть осуществлено микрополосковыми антеннами. Изменение дисперсионных кривых определяется по изменениямамплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик СВЧ тракта при разных частотах. Использование спиновых волн является особенно актуальным для характеризациимагнитных наноструктур.
Спиновые волны очень чувствительны к магнитному разупорядочению наночастиц и проводимости того объекта, вблизи или внутри которого онираспространяются [117]. Спиновые волны являются возбуждениями, дисперсионные зависимости которых определяются двумя составляющими компонентами: (1) спиновой составляющей с обменным взаимодействием и (2) переменным магнитным полем, возбуждаемымспиновой волной. Переменное магнитное поле, окружающее спины, приводит к появлениюэлектрического поля, взаимодействующего с электронами, и к генерации вихревых токовв проводящих структурах, расположенных в области распространения спиновых волн.Вихревые токи, в свою очередь, действуют на спиновые волны и изменяют их характеристики. Фактор проводимости, а также другие факторы (разупорядочивание спинов,неоднородность магнитных параметров) влияют на дисперсионные зависимости спиновойволны.
Но для того, чтобы получить информацию о характеристиках изучаемого объектаиз изменений спинволновых дисперсионных зависимостей, необходимо определить степеньвлияния различных факторов на спиновые волны и решить обратную задачу – определить26магнитные и электрические характеристики из дисперсионных кривых спиновых волн. Сэтой целью в разделах 4.4 - 4.6 будут рассмотрены дисперсионные зависимости спиновых возбуждений с учетом окружающих переменных электромагнитных полей, выявленыосновные факторы, влияющие на дисперсионную кривую поверхностной спиновой волны(проводимость, неоднородность магнитных параметров) и дан алгоритм решения обратнойзадачи – определения магнитных и электрических характеристик магнитных наноструктур из дисперсионных кривых спиновых волн.В разделе 4.7 рассмотрена схема измерений и применение метода спинволновой спектроскопии к структурам (a-C:H)100−x Cux [163], SiO2 с наночастицами Co, ZnO(Co) [117],BaTiO3 с наночастицами Ni [118].
Рассмотрены температурные зависимости спин-поляризационной релаксации, полученные методом спинволновой спектроскопии на структурахаморфного гидрогенизированного углерода a-C:H с наночастицами Co и на структурахаморфного SiO2 с гранулами Co86 Nb12 Ta2 [127–129]. Развитая теоретическая модель применена к эксперименту на гетероструктурах, состоящих из пленки двуокиси кремния с наночастицами кобальта на подложке GaAs. Актуальность исследования этих гетероструктурзаключается в том, что в них наблюдается эффект инжекционного магнитосопротивления [99, 100, 161].
Хотя дисперсионные зависимости спиновых волн, распространяющихсяв пленке SiO2 (Co), получены с помощью техники бриллюэновского рассеяния, тем не менее методика, разработанная в рамках метода спинволновой спектроскопии, может бытьприменена для анализа дисперсионных зависимостей этих гетероструктур [111].
С ее помощью найдены величины проводимости обогащенного электронного слоя в GaAs и пленкиSiO2 (Co), а также определены параметры разупорядоченности спинов около свободнойповерхности пленки SiO2 (Co) и около интерфейса с GaAs.1.4Литературный обзор главы 5. Кластерные электронные состояния и электронный транспорт1.4.1Электронный транспорт в гранулированных структурах сметаллическими наночастицами и кластерные электронныесостоянияЭлектронный транспорт в гранулированных структурах с наноразмерными металлическими частицами (гранулами) в изолирующей матрице обладает рядом свойств, существенно отличающих эти структуры от объемных аморфных и кристаллических материалов.
Свойства гранулированных структур обусловлены:(1) Малыми размерами взаимно изолированных наночастиц. Малый размер металлических наночастиц приводит к эффектам макроскопического квантования заряда и явлению27кулоновской блокады [164–166].(2) Туннелированием электронов между наночастицами. Процесс туннелирования электронов между частицами, который существенно зависит от наличия дефектов и примесей в диэлектрической матрице, определяет не только проводимость системы и разбросее величины в широких пределах при изменении концентрации металлической фазы, нопри определенных условиях и температурную зависимость проводимости.
В случае, если энергетические уровни электронов на дефектах находятся вблизи уровня Ферми, тотуннелирование приобретает характер резонансного туннелирования, зависящего от температуры [171, 172].(3) Высокой проводимостью металлических наночастиц по сравнению с проводимостьюматрицы. Большая разница в проводимости приводит к существованию области перколяционного порога и проявляется в смене характера проводимости при изменении концентрации металлической фазы. При увеличении концентрации металлических частиц прозрачность туннельных барьеров между ними повышается, что приводит к образованиюпроводящих кластеров [184].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
