Krinchik-GS-Fizika-magnitnyh-yavlenii (1239154), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Толщина возникающего поверхностного магнитного слоя может достигать по проведенным расчетам нескольких микрон. Рассчитаны также характер поведения поверхностного магнитного слоя во внешних магнитных полях и при изменении температуры, оценена величина поля, при котором происходит «стираннеь поверхностного магнетизма, показано, что температура фазового перехода в поверхностном слое должна быть сдвинута по отношению к температуре того же перехода в объеме. Теоретический расчет показывает, 351 что, определяя характер поверхностного магнетизма, можно судить о том, на какой из атомных плоскостей закончился рост грани кристалла. На основании принятого симметрийного подхода в объяснении поверхностного магнетизма можно предсказать »оный интересный эффект — возможность появления поверхностного слабого ферромагнетизма на определенных «низкосимметричных» гранях антиферромагнитных кристаллов, даже для наиболее простых кубических антиферромагнетиков МпО и !)!О.
Рис. блб. Зависимость проекций поверхностной намагниченности на направление магнитного поля при повороте образца (черные кружки) и на направление (О1!) при повороте магнитного голя (светлые кружки), нзмеренных с помопзью экваториального эффекта )херра (Π— угол между Н и направлением 10!Т)). Пунктирные линии изображают расчетные кривые для тех же компонент намагниченности 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 образца 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 (1! 1) составляет 57'35'. Так должен был бы зависеть эффект от угла р, 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 (!00) при неподвижном образце.
При Р=ОО' 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 иа направление !0111. Описанные эксперименты однозначно свидетельствуют о том, что на грани (100) слабого ферромагнетика с легкой плоскостью анизотропии появляется поверхностный одноосный слабый ферромагнетизм ортоферритного типа. Особенно четко это видно в случае вращения Н, когда прохождение внешнего магнитного поля через направление, перпендикулярное оси легкой анизотрапии !О!1), приводит к перемагничиванию поверхностного слоя от +1 к — ! вдоль этой оси. Оценки показали, что определяющую роль в закреплении гп, 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. З 3.2) для граней (100) и (111) гематита в двух случаях — когда последняя атомная плоскость ионов Ге'+ состоит из ионов двух типов (рис. 4.4). Ниже приводятся выражения для плотностей указанных энергий (в эрг/смз): о~гю~> = — О,! з!пзйсоззФ+ 0,!з!и'Оз!пзФ вЂ” 0,01соззО— — 0,25з!п Осов Оз!п Ф, (5.6.4) о~~их=- 0,24Б)п'Оспа'Ф вЂ” О,озз>п'Оз!п Ф вЂ” 0,21соз'О+ + 0,04 а!и О сов Оз!и Ф, (5.6.5) о,'и» = 0,24 сов'О, (5.6.6) п(т,п> — — 0,24соз'9, (5.6.7) О, Ф вЂ” сферические углы вектора 1..
На большинстве исследованных иебазисных граней гематита наблюдался поверхностный магнетизм, который объясняется уче- 353 2 Ч 354 том энеРгии 0~1~зо1. Отсюда можно сделать интеРесное обРатное заключение — естественный рост граней типа (100), как правило, заканчивается атомной плоскостью, состоящей из ионов Ре" типа 2. Расчет показал, что при учете 01юз1 ширина поверхностного магнитного слоя в поле Н=1 кЭ примерно 0,4 мкм, и этот слой уничтожается путем ггк, угп мол уменьшения его ширины Х г и разворота вектора 1.
в перпендикулярном поверхности поле Н порядка 20 кЭ. Действительно, эксперимент по измерению полярного эффекта Керра на небазисных гранях кристаллов гематита об- 2,~ наружил постепенное нарастание полярного эффекта с увеличением поля, перпендикулярного поверхности образца (рис. 5.27), что можно интерпретировать как резуль- 0 гу 72 7ч тат стирания поверхност:ч, кз ного магнетизма. Из хода кривой ал(Н) видно, что Рис.
027. «Стирзиие» поверхностного магие- полного разрушения потизмз внешним магнитным полем пз пебззис- верхностного магнетизма иой грани гемзтитз (1 — Н.1 (100), 2— Н 11 (0111, наблюдавшееся с помощью полярного эффекта Керрз, ь — отсутствие эффекта пРоизошло. из базисной грани гемзтитз при н 1( (111), процесс намагничивания Х=о,бб мкм монокристалла гематнта при отсутствии влияния поверхностного магнетизма заканчивается в полях 200 Э. Полученный результат подтверждается и наличием полярного эффекта при наложении поля в плоскости образца вдоль оси трудного намагничивания на поверхности 10111. При этом точки кривой 7 прн пересчете на эквивалентное значение пгя, хорошо ложатся на кривую 2 (крестики на рис. 5.27). Здесь возникает еще одна интересная проблема магнитооппякц. Сравнение величины экваториального и полярно~о 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-1лезО, и октаэдрической подрешетки в ЪзЕезОш соответственно), магнитооптические эффекты в этих магнетиках примерно одинаковы.
На гематите был поставлен специальный эксперимент для выяснения физической природы аномально большой магнитооптической активности слабых ферромагнетиков. На рис. 5.27 представлены экспериментальные точки, полученные при измерении полярного эффекта Керра на оазисной плоскости гематита (11!) при Н 11 11111.
Видно, что полярный эффект отсутствует, хотя индуцированная магнитным полем нормальная компонента намагниченности "1, примерно равна нормальной компоненте намагниченности лг," на небазисной грани в прелы- душем случае. Этот результат доказывает, что аномально большие магнитооптические эффекты в слабых ферромагнетнках определяются не вектором т, а переориентацией всей спин-системы слабого ферромагнетика, в том числе и его вектора антиферромагнетизма (. Это не означает, однако, что вектор 1. слабого ферромагнетика аналогичен в магнигооптических свойствах вектору ! ферро- нлп ферримагнетика. Например, наличие нормальной компоненты 1. на поверхности не вызывает появления полярного эффекта Керра.
Более того, даже переориентация вектора ). в антиферромагнетике может не сопровождаться большими нечетными магнитооптическими эффектами. Дело, по-видимому, обстоит таким образом, что те же микроскопические механизмы, которые приводят к появлению поля Дзялошинского и вектора гп„приводят также и к появлению аномально болыпих недиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости, которые изменяют знак при переориентации векторов т„(. и Но и тем самым вызывают аномально большие линейные по т, 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, предельно ограничить размер площадки, от которой отражается свет, то получим новый принцип измерения магнитных характеристик ферромагнетика (магии гооптический 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 магнитооцтический 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
