WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 2 Магниторефрактивный эффект в гранулированных сплавах с туннельным магнитосопротивлением © И.В. Быков, Е.А. Ганьшина, А.Б. Грановский, В.С. Гущин, А.А. Козлов, Т. Масумото, С. Онума Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119992 Москва, Россия The Research Institute for Electric and Magnetic Materials, 2-1-1, Yagiymaminami, Taihakuku, Sendai, 982-0807 Japan E-mail: granov@magn.ru (Поступила в Редакцию 20 мая 2004 г.) В инфракрасной области спектра от 2 до 20 µm исследованы магниторефрактивный эффект (МРЭ) и оптическое отражение в гранулированных сплавах металл–диэлектрик Co–Al–O, Co–Si–O, Co–Ti–O, обладающих для составов вблизи порога перколяции туннельным магнитосопротивлением. Измерены зависимости этих эффектов от частоты, угла падения и поляризации света. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что основным механизмом МРЭ в данных системах является спин-зависящее туннелирование на оптических частотах.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 03-0216127) и программы „Университеты России“.

Магниторефрактивный эффект (МРЭ) является но- Наконец не было предпринято попыток количественной вым магнитооптическим эффектом и состоит в измене- проверки теории МРЭ в нанокомпозитах. Исследованию нии оптических свойств магнетиков с большим магни- этих вопросов и посвяшена настоящая работа.

тосопротивлением (МС) при их намагничивании [1,2].

Подчеркнем, что МРЭ есть частотный аналог МС. По1. Образцы, методы исследования этому, с одной стороны, это четный по намагниченности и негиротропный эффект, что отличает его от традици- и детали эксперимента онных магнитооптических явлений, а с другой стороны, именно корреляция с МС (необязательно линейная) Тонкопленочные нанокомпозиты ферромагнитный меотличает его от других возможных магнитоиндуциро- талл–диэлектрик Co–Al–O, Co–Si–O и Co–Ti–O были ванных изменений оптических свойств магнитных и получены методом тандемного радиочастотного магненемагнитных материалов. Для систем с туннельным МС, тронного распыления в атмосфере аргона ( 8mTorr) ярким примером которых являются гранулированные мишеней металла Co и диэлектрика на неохлаждаемые пленки ферромагнитный металл–диэлектрик с содер- подложки из стекла Corning glass № 7059. Составы жанием металла вблизи порога перколяции, следует исследованных образцов, значения их толщин, велиожидать, что природа МРЭ связана со спин-зависящим чин МС и МРЭ, полученных в данных исследованиях туннелированием на оптических частотах [1,2].

в полях 10 и 1.6 kOe соответственно, приводятся в МРЭ в гранулированных пленках металл–диэлектрик таблице. Детальное описание процедуры приготовления (или нанокомпозитах) был обнаружен в [3] и затем образцов, методы и результаты измерений их химичеисследовался в целом ряде работ [1,2,4–6]; полученные ского состава, структурных, электрических и магнитных данные в основном соответствуют указанному пред- параметров приведены в [8,9]. Всюду (в таблице и в ставлению о МРЭ и развитой теории [1,7]. МРЭ в тексте) дано объемное содержание компонентов.

нанокомпозитах примерно на два порядка больше традиционных магнитооптических эффектов. Для образца Составы исследованных образцов, значения их толщин, вели(CoFe)–(MgF) с объемной концентрацией магнитной чины магнитосопротивления и магниторефрактивного эффекта фазы 48% МРЭ при комнатной температуре достигает 1.5% [5]. Это значение, по имеющимся у нас данным, МРЭ (1.6 kOe) Составы Толщина MC, % является рекордным. Однако, ряд вопросов остается образцов пленок, µm (10 kOe) (), %, cm-либо невыясненным, либо дискуссионным. В частности, Co43Al22O35 2 8.5 0.8 экспериментально не подтверждена корреляция между Co50.3Al20.4O29.3 2.62 9.2 -1.0 полевыми зависимостями МРЭ и МС, не выяснена Co51.5Al19.5O29 1.91 9.2 -0.9 роль диэлектрической матрицы в формировании эффекCo55.2Al19O25.8 2.62 4.8 -0.6 та (в недавней работе [6] значительный МРЭ был найден Co52.3Si12.2O35.5 1.67 4.1 +0.7 при определенных частотах для немагнитного кристалCo50.2Ti9.1O40.7 2.02 5.8 -0.7 лического диэлектрика Al2O3), до конца не изучены зависимости МРЭ от поляризации и угла падения света. at.% Магниторефрактивный эффект в гранулированных сплавах... Спектры оптического отражения R() и магниторе- Для того чтобы продемонстрировать, что МРЭ не фрактивного эффекта в отраженном свете () изуча- связан с нечетными магнитооптическими эффектами, лись в широком интервале длин волн от 2 до 20 µm в настоящей работе параметр МРЭ определялся как (5000–500 cm-1) с помощью серийного Фурье-спектро- среднее арифметическое из ряда измерений при двух метра FTIR PU9800 со спектральным разрешением противоположных направлениях поля. Измерения МРЭ, Res 4cm-1. Все представленные далее спектры коэф- проведенные в поляризованном свете при различных фициентов отражения нормированы по спектрам золо- ориентациях внешнего магнитного поля H по отношетого зеркала. МРЭ находился как отношение изменений нию к плоскости поляризации света — H M, E M интенсивности отраженного излучения при намагничи- и H M, E M (M — вектор намагниченности, E — вании образца в его плоскости к интенсивности излуче- вектор напряженности электрического поля световой ния, отраженного образцом в размагниченном состоянии волны, p-волна), также не выявили каких-либо отличий спектров МРЭ в экваториальной и меридианальной R R(, H = 0) - R(, H) геометрии. Этот результат представлен на рис. 2 для (, H) = = ; (1) R R(, H = 0) нанокомпозита Co50.3Al20.4O29.3, на котором данные по магниторефрактивному отклику получены для угла пагде R(, H = 0), R(, H) — значения коэффициента дения света = 45.

отражения образца в размагниченном состоянии и в поле H.

Магниторефрактивный эффект измерялся на установке, описанной в [1,5], в магнитооптическую приставку которой был внесен ряд изменений, касающихся асферических зеркал, замена которых на плоские позволила проводить измерения МРЭ не только при падении излучения, близкому к нормальному ( 8), но и при углах 20 и 45. Конструкционные особенности электромагнита не позволили увеличить угол падения света.

Для поляризации излучения использовался сеточный поляризатор KRS-5, который вводился в падающий луч (до магнита) и также располагался в магнитооптическом модуле установки.

Результирующий спектр эффекта получался при усреднении 600–1000 сканов. Уровень шумов составлял 1 · 10-4 в области 1000-3000 cm-1 и 3 · 10-4 в остальном интервале частот.

Рис. 1. Полевая зависимость магниторефрактивного эфВсе измерения в настоящей работе выполнены при фекта и магнитоосопротивления нанокомпозита Co43Al22O35;

комнатной температуре.

= 10; = 1130 cm-1.

2. Экспериментальные результаты и их обсуждение Принципиально важным для выяснения природы МРЭ в нанокомпозитах является экспериментальное подверждение того, что МРЭ в этих системах связан с туннельным МС, а не является следствием каких-либо других причин, например, четных и нечетных магнитооптических эффектов Керра или влияния магнитного поля на оптические свойства диэлектрической матрицы.

Одним из прямых доказательств может служить проверка корреляции между полевыми зависимостями МРЭ и МС, измеренными на одних и тех же образцах в постоянном магнитном поле, изменяющемся от до 2.2 kOe [3]. Рис. 1, на котором для примера приведены экспериментальные данные для нанокомпозита Рис. 2. Дисперсия МРЭ нанокомпозита Co50.3Al20.4O29.3 на Co43Al22O35, демонстрирует хорошее совпадение кривых p-компоненте линейно-поляризованного света при экваториполевой зависимости МРЭ и МС, что подверждает альном (штриховая линия) и меридианальном (сплошная липравильность соотношений, полученных в [4,10]. ния) намагничивании образца; = 45.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 270 И.В. Быков, Е.А. Ганьшина, А.Б. Грановский, В.С. Гущин, А.А. Козлов, Т. Масумото, С. Онума условиях эксперимента ( = 45, на p- и s-компонентах, H = 1.6kOe) диэлектрическая матрица Al2O3 заведомо не вносит вклада в измеряемый сигнал МРЭ. Кроме того, магнитооптические исследования нанокомпозитов кобальта, внедренного в различные матрицы (см. таблицу), также не выявили дополнительных вкладов диэлектрической матрицы в МРЭ. Очевидно, что материал кристаллической диэлектрической матрицы (Al2O3, SiO2, TiO2) влияет на оптические параметры нанокомпозита и туннельное МС, косвенно изменяя и МРЭ, что детально анализируется далее. Также можно ожидать, что растворенные в матрице примеси или наличие локализованных состояний могут привести к усилению МС и соответственно к возрастанию МРЭ, однако, таких эффектов выявлено не было.

На рис. 3, a представлены спектры частотной зависимости МРЭ и оптического отражения для s- и p-компонент линейно-поляризованного света нанокомпозита Co51.5Al19.5O29; угол падения = 45. Наибольшие значения эффекта наблюдаются в окрестности частоты 1100 cm-1 и составляют p = 0.9% для p-компоненты и s = 0.53% на s-поляризации. Аналогичные результаты получены для нанокомпозита практически такого же состава Co50.3Al20.4O29.3 и с таким же значением МС (рис. 4 и таблица). Как следует из рис. 5, для данного образца на частоте 1200 cm-1 абсолютная величина МРЭ на p-компоненте достигает 1%. Большие значения МРЭ всех исследуемых нанокомпозитов на p- и s-компонентах линейно-поляризованного света приходятся на область частот 800-1800 cm-1, в которой наблюдаются минимумы и максимумы коэффициентов отражения R() (рис. 3, a).

В настоящих экспериментах проведены исследования угловой зависимости МРЭ всех изучаемых обРис. 3. Дисперсия МРЭ (сплошная линия) и коэффициента отражения R (штриховая) для s- и p-поляризованного света разцов, показано, что абсолютные значения эффекта композита Co51.5Al19.5O29; H = 1600 Oe; = 45. a —экспе- на p-компоненте неcколько выше, чем на s-компоненримент, b — теоретический расчет.

те. При переходе к большим углам падения света (до 45 в наших экспериментах) значения МРЭ на Обнаружение в узком диапазоне длин волн в окрестности = 9 µm при угле падения = p-поляризованного света значительного магнитоиндуцированного изменения оптических свойств Al2O3 [6], которое авторы называют также МРЭ, требует отдельного анализа. Следует заметить, что указанные условия наблюдения ( = 9 µm, = 65) соответствуют весьма малому отражению, при которых в силу флуктуаций более правомерным было бы измерять разность R, а не параметр МРЭ. Были выполнены измерения и, и R для монокристаллического Al2O3 во всем исследуемом спектральном диапазоне в полях до 1.6 kOe и для углов падения света 8-45 (частотная зависимость оптического отражения R() сапфира приведена на рис. 5); в пределах погрешности измерений отличий в спектральных зависимостях коэффициента отражения Рис. 4. Дисперсия МРЭ нанокомпозита Co50.3Al20.4O29.3 на света при намагничивании образца найдено не было.

p-компоненте линейно-поляризованного света для трех углов Отсюда можно с уверенностью заключить, что в наших падения света.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. Магниторефрактивный эффект в гранулированных сплавах... ется ряд фононных мод диэлектрической матрицы и соответствующие им всплески магниторефрактивного эффекта. Максимальные значения МРЭ нанокомпозита Co52.3Si12.2O35.5 на p-волне линейно-поляризованного света, достигающие p = 0.7% при коэффициенте отражения R 0.5%, приходятся на область частот 1250-1320 cm-1. Значение МРЭ этого нанокомпозита на s-компоненте в этом же диапазоне длин волн при большей величине коэффициента отражения (R 3%) не превосходит 0.3%. Подобное поведение спектров МРЭ и оптического отражения наблюдается и для гранулированных нанокомпозитов ферромагнитного Co, внедренного в матрицы TiO2 и Al2O3. Более ярко периодические изменения проявляются в магнитооптических спектрах, т. е. при воздействии на ферромагнитный нанокомпозит магнитного поля, обнаруживая интерференционный характер рассматриваемых явлений.

Отметим также тот факт, что знак МРЭ нанокомпозита Co52.3Si12.2O35.5 в отличие от знака эффекта других Рис. 5. Дисперсия МРЭ и коэффициентов отражения R для образцов положительный. В этом образце наблюдаетp-поляризованного света нанокомпозитов Co51.5Al19.5O29 (1), ся большое магнитосопротивление (4.1%). Однако, по Co50.3Al20.4O29.3 (2), Co55.2Al19O25.8 (3) и Al2O3 (4); = 45.

данным, полученным с помощью экваториального эффекта Керра (вставка на рис. 6) в видимом диапазоне длин волн, ход кривой намагничивания этого образца s-компоненте уменьшаются, тогда как на p-компонен- соответствует состоянию образца, еще не достигшему те p практически не меняется. На рис. 4 для при- порога перколяции. Подобное изменение знака МРЭ мера приведены спектры частотной зависимости () в гранулированных пленках (Co50Fe50)x (Al2O3)100-x в p-волны линейно-поляризованного света для наноком- доперколяционной области отмечено в [6].

позита Co50.3Al20.4O29.3 при трех углах падения. Ана- Описываемые результаты могут быть объяснены в логичные спектры получены для других образцов. Из рамках развиваемой модели [1,5] с учетом затухания рис. 3, a также видно, что при = 45 значения s (образец Co51.5Al19.5O29) несколько меньше, чем p.

Таким образом, полученные экспериментальные данные относительно угловой и поляризационной зависимости МРЭ находятся в хорошем согласии с результатами теоретического анализа [7].

В спектрах частотной зависимости коэффициентов отражения и МРЭ (рис. 5) ряда нанокомпозитов наблюдаются осцилляции. Периоды осцилляций в общих чертах совпадают, какой-либо зависимости их длительности от состава образца установлено не было. Более тонкому образцу Co51.5Al19.5O29 соответствует больший период осцилляций как в МРЭ, так и в коэффициенте отражения. По характеру дисперсии спектров R() и () и на основании значений величины периодов осцилляций, полученных в теоретических оценках (рис. 3, b) с учетом реальных толщин и комплексных показателей преломления данных нанокомпозитов, можно однозначно утверждать, что осцилляции R() и особенно () имеют интерференционное происхождение. Об этом говорят и результаты исследования спектров образцов с наночастицами ферромагнетика в различных диэлектрических Рис. 6. Дисперсия МРЭ и R для p-поляризованного свематрицах.

та нанокомпозитов Co52.3Si12.2O35.5 (1), Co50.2Ti9.1O40.7 (2), Спектры частотных зависимостей МРЭ и оптическоCo55.2Al19O25.8 (3); = 45. На вставке даны спектры полевой го отражения нанокластеров Co, входящих в матризависимости экваториального эффекта Керра, приведенные цы оксидов кремния, титана, алюминия, приведены на к максимальным значениям эффекта s, полученным в поле рис. 6. В спектрах отражения всех образцов выявляH = 2.25 kOe.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.