Krinchik-GS-Fizika-magnitnyh-yavlenii (1239154), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Для этого пришлось измерить магнитооптические спектры магнетиков в широкой области частот инфракрасного, видимого и ультрафиолетового диапазонов. Принципиальная сторона применения магнитооптических методов для указанных выше целей совершенно ясна. Это — обычная спектроскопическая методика: на кривых частотной зависимости самих магнитооптических эффектов или лучше на определенных из них кривых недиагональных компонент тензора е обнаруживают некоторые особенности, которые затем отождествляются с определенными оптическими переходами, допустимыми в рамках рассчитанных энергетических спектров кристалла.
При сравнении с ооычными оптическими магнитооптические методы имеют два существенных преимущества. Во-первых, магнитооптические методы чувствительны к знаку спина, т. е., например, для ферромагнитного металла они в принципе позволяют выяснить, к какой спиновой подзоне относится данный переход. Во-вторых, магнитооптический метод является по существу своему дифференциальным или модуляционным методом измерения спектров, а дифференциальные методы имеют на два-три порядка большую чувствительность и определении собственных частот, чем обычные статические. На рис.
5.22 приведена кривая частотной зависимости ориентационного магнитооптического эффекта, измеренная на поверхности (100) монокристалла никеля. На кривой видно большое количество особенностей, сравнительно узких и резких максимумов, смен знака эффекта и т. д. В связи с этим заметим, что до самого последнего времени высказывались мнения, что из оптических спектров металла нельзя будет извлечь никакой информации о его зонной структуре вследствие «размытня» спектров, возникающего благодаря тому', что каждой частоте соответствуют возможные оптические переходы в различных областях зоны Бриллюэна. Однако затем была обоснована возможность наблюдения особенностей, связанных с переходами в окрестности критических точек Ван-Хова, с переходами между «паралпельными» зонами, а также с началом или концом переходов к уровню Ферми. Пример ориентационного эффекта является наиболее ярким в этом отношении.
Оптические переходы, с которыми связан ориентацнонный эффект, «локализованы» в относительно узких частотных интервалах, поскольку поворот вектора 1 особенно сильно влияет на зонную структуру металла только в окрестности вырожденных энергетических зон, вырождение которых может быть снято спин-орбитальным взаимодействием, а таких мест в зоне Бриллюэна не так уж много: это некоторые линии н точки высокой симметрии и некоторые точки случайного вырождения — пересечения кривых Е(й) (см.
8 2.7). Именно к последнему типу, повидимому, относятся переходы, связанные с двумя острыми макси-, мумами ориентационного эффекта, наблюдающимися при 0,3 и 1,1 эВ (рис. 5.22), причем первый из них непосредственно опреде- ! ляет величину обменного расщепления Зг(-зон ферромагнитного никеля. Для изучения электронной структуры ферромагнитных металлов и сплавов широко использовались также измерения аква. ториального эффекта Керра и определенные из магнитооптических измерений недиагональные компоненты тснзора диэлектрической проницаемости. Рис. 522.
Орненганиог1ный магнитооптический эффект для мононрнсталла !ч! в плоскости (!!О) прн двух температурах На рис. 5.23 приведены частотные зависимости экваториального эффекта Керра для трех ферритов-гранатов в видимой и ультрафиолетовой области спектра. Хотя наиболее интересные практические применения ферромагнитных диэлектриков ожидаются в их области прозрачности (см. ниже), исследование магнитооптических 338 339 12* ппгп ппгп — п,пп — йпгп — опгп эффектов отражения на этих же кристаллах представляет большой интерес.
В этой области лежат первые разрешенные интенсивные тические переходы, изучение которых должно привести к расков шифровке электронной структуры ферромагнитных диэлектрико и к пониманию их магнитооптических свойств, в том числе и в области их прозрачности, т. е. в видимой и инфракрасной области спектра. Н ример, если отождествить максимумы на кривых для стеапр, мохиометрических ферритов-гранатов с первыми разрешенными лекулярно-орбитальными переходами в тетраэдрических комплексах (рис.
5.23), то появляется интересная возможность объяснить р исхождение аномального влияния диамагннтных ионов висмута к спой на магнитооптические свойства ферритов-гранатов в инфракрасн " области спектра. Дело в том, что эффект Фарадея в иттриевом г ' ранате в видимой и ближней инфракрасной областях определяетРезе ся преобладанием вклада октаэдрической подрешетки ионов по с авнению с тетраэдрической. Резкое усиление магнитооптипо ра ческой активности тетраэдрических переходов при введении ио висмута, которое видно на рис.
5.23, обеспечивает преобладание вклада тетраэдрической подрешетки и, таким образом, смену знака вращения плоскости поляризации и возрастание аф по величине. Механизм усиления магнитооптической активности состоит, поз д. и иному, в частичном включении бр-орбиталей ионов висмута (с аномально сильным спин-орбитальным взаимодействием) в лекулярные орбитали тетраэдрических комплексов ГеОР При дальнейшем увеличении содержания висмута даже магнитооптические эффекты отражения значительно возрастают, и это представляет практический интерес.
Например, на гранате СаьваВ)когтгояаРеьоаО|я экваториальный эффект Керра в области 0,55 мкм достигает велич ины, соответствующей изменению интенсивности света на 1бауо Р при изменении знака поля. Интересно, что намагниченность насыщения этого смешанного граната чрезвычайна мала — примерно в 50 раз меньше, чем у чистого иттриевого граната.
Понятно, что исследование магнитооптических спектров, подобных тем, которые изображены на рис. 5.23, в принципе позволяет получить информацию о другнх тетраздрических и октаэдрических переходах в ионах Ре'+, а также наблюдать их изменение при а+ переходе от одного магнитного кристалла, содержащего ионы Ре к другому.
Наиболее интересным и важным для магнетизма, как и в случае ферромагнитных металлов, является спектральное магнитооптическое определение величины обменного расщепления энергетических уровней магнитоактивных ионов. Можно назвать эту задачу также задачей наблюдения обменного Зееман-эффекта. Если — п,пгп Рис 5.23. Частотная зависимость экваториального аффекта Керри для ферритовгранатов иттрия, европия я висмутсодержащего граната Уг згВ1с,с|рег01сРГВ1]12З) 341 редкоземельный или переходный ион находится в магнитоупорядоченном кристалле, т. е. в некотором эффективном магнитном поле, то следует считать, что в оптическом отношении он должен дать картину Зееман-эффекта, однако с соответственно увеличенными на два-три порядка интервалами между зеемановскими компонентами. Очевидно, что обменный Зееман-эффект можно использовать для изучения энергетического спектра магнитоактивных ионов в магнитных кристаллах с таким же успехом, как и Зееманэффект в обычной оптической спектроскопии.
4т'о, г/оа42 гм Чб// гбб -Ч//// Рис. 5.24. Форма полосы поглощения 'Ро 'Р4 иона Епоо в ЕпоГе«Од для право- и леаополяризованиого (а, б) света, э — эффект Фарадея в области этой полосы, пунктир — расчет по а, б (29) Поскольку продольность или поперечность эффекта Зеемана в данном случае определяется ориентацией вектора намагниченности, то он может также служить для изучения ориентации магнитных подрешеток ферримагнетика, На рис. 5.24 две циркулярно- поляризованные компоненты продольного обменного эффекта Зеемана в европиевом феррите-гранате соответствуют переходу 'Ро-4-'Р4 в ионах Ецз+.
Интервал между интенсивными компонентами 3050 см ' и 3155 см ' соответствует обменному расщеплению возбужденного уровня. Если теперь к магнитному кристаллу приложить внешнее магнитное поле, то по величине изменения этого обменного расщепления можно непосредственно определить величину эффективного обменного поля, действующего на ион Еп".
Знак обменного поля определяется тем, увеличится или умень- шится обменное расщепление. Таким способом было измерено 342 Таблица 5 4 Аиизотропия л-фактора попав МЬ«+ и эффективяого обменного поля в иттербиевом феррате-граиате 1101 ячоор Ио« Основ«оо соото««« ьч = ьв/и, см н, , «э Н бм, «Э 349 6!1 678 87,2 157 169 2,82 3,61 — 3,84 11,6 25,7 29,9 г'Ьэ+ Наблюдение обменного Зееман-эффекта позволило впервые экспериментально наблюдать анизотропию обменного поля, действующего на редкоземельный ион в феррите-гранате.
В табл. 5.4 приведены полученные магнитооптическим методом данные об анизотропии д-фактора и анизотропии обменного поля, действующего на ион УЬа4 в иттербиевом феррите-гранате. Наблюдение доменных структур, измерение магнитных характеристик, магнитооптическое считывание информации. Наблюдение доменов магнитооптическими методами основано на различии поворота плоскости поляризации света или изменения интенсивности света по-разному намагниченными доменами.
При этом с одинаковым успехом используются и магнитооптические эффекты 343 обменное поле в европиевом и диспрозиевом гранатах, При О= =25 кЭ расщепление перехода гРо-о'Р4 в ионах Еца+ уменьшилось с 92 до 80 см-'. Следовательно, обменное поле направлено противоположно внешнему полю и величина его равна 220ч-30 кЭ. В ОузРезО«е аналогичным методом получено значение Н,в = 150~- ~-50 кЭ. Исследование температурной зависимости этого расщепления также подтвердило рассмотренную выше интерпретацию, поскольку расщепление линии гРч-~гР4 увеличилось на 30о/о в соответствии с намагниченностью подрешетки железа при переходе от комнатной температуры к Т=77'К.
Наличие обменного Зееман-эффекта непосредственно приводит, как это видно нз рис. 5.24, к явлению циркулярного дихроизма при продольном намагничивании ферромагнетика. Если теперь по известным из эксперимента полосам поглощения и+(го) и Й (го) для циркулярно-поляризованных обменных компонент восстановить соответствующие кривые и+(го) и и (о4), то можно прямо рассчитать кривую дисперсии эффекта Фарадея в области данной линии поглощения. На рис. 5.24 продемонстрировано хорошее согласие рассчитанной таким образом кривой аф с измеренной. Таким образом, мы наглядно убеждаемся в существовании принципиально нового типа магнитооптических эффектов обменного происхождения, в то время как ранее для ферромагнитных диэлектриков и металлов обсуждались только спин-орбитальные механизмы возникновения магнитооптической активности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
