WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 3 05;06;11 Увеличение эффекта Керра в магнитооптических носителях DyFeCo/GeO © Л.В. Буркова, В.А. Середкин, В.Ю. Яковчук Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, 660036 Красноярск, Россия (Поcтупило в Редакцию 12 марта 1999 г.) Выполнен расчет оптимальных параметров приподложечного диэлектрического слоя в интерференционной многослойной структуре, который показал, что этот слой должен иметь показатель преломления n 3. Приведены экспериментальные результаты измерения угла магнитооптического вращения Керра многослойной структуры, в которой впервые были использованы пленки GeO в качестве диэлектрических слоев. Максимальный угол вращения Керра, полученный в такой системе, равен 0.75 и магнитооптическая добротность — 0.34. Они превосходят аналогичные параметры для известных носителей, что демонстрирует преимущества использования предлагаемой структуры в магнитооптических дисках.

В настоящее время аморфные пленки редкая земля– трический слой GeO, магнитоактивный слой DyFeCo переходной металл наиболее широко применяются при толщиной 10 nm, диэлектрическая прослойка GeO толпроизводстве магнитооптических (МО) дисков [1], по- щиной 34 nm и отражающий слой DyFeCo. Полученная этому актуальными являются поиски путей увеличения структура покрывалась защитным слоем GeO толщиполярного эффекта Керра, который определяет значение ной 150 nm. Толщина приподложечного диэлектричесчитываемого сигнала. Одним из способов является на- ского слоя GeO варьировалась в пределах 60-102 nm.

несение диэлектрического слоя [2], который, согласно Отражающий слой выбирался больше скин-слоя для имеющимся теоретическим представлениям [3], за счет области длин волн ( 780-820 nm), используемой в интерференционных эффектов позволяет увеличить вра- МО накопителях, и составлял 70 nm. Приводим схему щение Керра в n2 раз, где n — его показатель прело- такой системы.

мления. В соответствии с Международным стандартом ISO считывание информации должно осуществляться Воздух 0 N0 = n0 = со стороны подложки МО диска. В этом случае диэлектрический слой (ДС) помещается между подложкой Подложка–стекло 1 N1 = n1 = 1.и магнитным слоем и МО вращение в значительной Диэлектрический слой 2 N2 = n2 = степени зависит от разности показателей преломления подложки и диэлектрического слоя, т. е. в качестве поМагнитоактивный слой–DyFeCo 3 N3 = 2.4 - i2.следнего предпочтительны материалы с большим значением n [4]. Практически реализуемой запоминающей Диэлектрическая прослойка–GeO 4 N4 = n4 2.средой в МО дисках является многослойная интерференОтражающий слой–DyFeCo 5 N5 = 2.4 - i2.ционная структура, которая состоит из магнитоактивного слоя, заключенного между диэлектрическими слоями, и Защитный слой–GeO 6 N6 = n6 2.отражающего слоя. Были изучены системы, в которых в качестве ДС использовались SiO [4], ZnS [5], AlN [4,6], Q3 = Q5 = 0.0149 + i0.при этом получилось увеличение угла вращения Керра в 1.6, 1.75 и 1.9 раз соответственно по сравнению с однослойной пленкой. Теоретические выкладки показыСостав магнитных слоев DyFeCo был вают возможность увеличения эффекта Керра за счет выбран 20 at.% Dy и 80 at.% FeCo с соотношением оптимального подбора параметров ДС вплоть до 90 [7].

Fe и Co 2 : 1, что обеспечивало наличие в пленках В данной работе представлены расчет и эксперименперпендикулярной анизотропии, оптимальную величину тальные результаты исследований многослойной струккоэрцитивной силы (Hc 3kOe) и максимальное туры, в которой в качестве диэлектрических слоев вперзначение угла вращения Керра для одного слоя вые использовались пленки GeO, а в качестве магнитоак(k 0.17).

тивного и отражающего слоев были выбраны аморфные пленки DyFeCo. Измерение МО параметров проводилось на МО устаОбразцы были получены методом термического испа- новке с нуль-компенсацией в полях до 16 kOe. Коэррения в вакууме 3 · 10-4 Pa. На стеклянные подложки, цитивная сила определялась из МО петель гистерезиса.

температура которых поддерживалась равной 20-30C, Коэффициент отражения (R) измерялся на модернизиропоследовательно осаждались: интерферирующий диэлек- ванном спектрофотометре SPECORD UV VIS.

Увеличение эффекта Керра в магнитооптических носителях DyFeCo/GeO С целью определения оптимальных параметров при- этом для упрощения расчетов пренебрегали комплексныподложечного диэлектрического слоя (ДС), при которых ми магнитооптическими параметрами в показателе предолжно происходить резонансное возрастание угла вра- ломления пленок DyFeCo ввиду их малости. Исходя из щения Керра вследствие интерференционных эффектов, общего вида формулы для амплитудного коэффициента был проведен расчет показателя преломления такого отражения [7] в рассматриваемом случае можно записать слоя и его толщина по формулам [7] ряд выражений 2 n2 = n1n3 +(n3k1 - n1k3)/(n1 - n3), (1) r46 = r45 + r56 exp(-i4n5h5/) tg 2 = -n2(n1 - n3)/(n1k3 + n3k1), (2) - 1 + r45r56 exp(-i4n5h5/), где 2 = 2n2h2/ — набег фазы на толщине слоя h2;

Nj = nj - ikj — комплексный показатель преломле- r45 =(N4-N5)/(N4 +N5), r56 =(N5-N6)/(N5 +N6); (7) ния j-го слоя, где nj — действительный показатель r36 = r34 + r46 exp(-i4n4h4/) преломления, kj — коэффициент поглощения; индексы соответствуют ситуации, когда диэлектрический слой -( j = 2) граничит, с одной стороны, с внешней средой 1 + r34r46 exp(-i4n4h4/), ( j = 1) и, с другой стороны, с магнитным слоем ( j = 3).

r34 =(N3 - N4)/(N3 + N4); (8) Расчеты были проведены для структуры, приведенной на рисунке. Здесь среды по обе стороны относительно r26 = r23 + r36 exp(-i4n3h3/) ДС, обеспечивающего интерференцию, сами являются набором слоев; под n1, k1, n3, k3 следует понимать эф- - 1 + r23r36 exp(-i4n3h3/), фективные значения, которые в свою очередь определялись по коэффициентaм отражения от соответствующих r23 =(N2 - N3)/(N2 + N3); (9) границ раздела.

R26 = r26, (10) Если учесть, что в стеклянной подложке отсутствует поглощение (N2 = n2), то амплитудный коэффициент отN3eff = n2 1 + R26 ± 2 R26 (1 - R26)-1, (11) ражения со стороны подложки можно записать в виде [8] N3eff = n3eff - ik3eff. (12) r02 =(r01 + r12 cos 4n1h1/) В результате расчетов было получено, что ДС должен иметь показатель преломления n = 3. В качестве такого (1 + r01r12 cos 4n1h1/)-1 (3) слоя более всего подходят пленки GeO, поскольку измерения показали, что они имеют показатель преломления и коэффициент отражения системы будет представлен n 2.8. Рассчитанная по формуле (2) оптимальная выражением толщина h2 пленки GeO в рассматриваемой структуре 2 r01 + r12 + 2r01r12 cos(-01 +12 -4n1h1/) получалась равной 95 nm.

R02 =, 2 Угол вращения Керра с диэлектрической пленкой 1 + r01r12 + 2r01r12 cos(01 +12 -4n1h1/) GeO оптимальной толщины можно оценить исходя из (4) где ri j =(Ni - Nj)/(Ni + Nj); 01 и 12 — скачки фазы состояния поляризации света, отраженного от внешней поверхности этой многослойной пленочной структуры.

на границах раздела, которые имеют значения 0 или При использовании линейного по намагниченности прив зависимости от того, положительны или отрицательны значения r01 и r12, т. е. в данном случае 01 =12 =. ближения этот угол равен [9] Таким образом получается, что в результате расчета k = Im (/r), если || |r|, (13) R02 две границы раздела со стороны подложки относительно ДС заменяются одной эффективной поверх- где r± = r ± — амплитудные коэффициенты отраностью. Эффективное значение действительного пока- жения для циркулярно поляризованных компонент соотзателя преломления среды со стороны подложки n1eff ветственно с правым (+) и левым (-) направлениями определялось из выражения [8] вращения.

Эти коэффициенты вычислялись по приведенной выше R02 =(n1eff - n2)2(n1eff + n2)-2, (5) схеме, но уже с использованием для магнитоактивной среды показателя преломления круговых волн, который n1eff = n2(1 + R02 ± 2 R02)(1 - R02)-1. (6) задается соотношением [9] Эффективные значения показателя преломления n3eff N± = Nj 1 ± Qj, (14) j и коэффициента поглощения k3eff со стороны магнитоактивного слоя были получены в результате поэтапного где Nj — комплексный показатель преломления, который определения амплитудного коэффициента отражения эф- определяется диагональной компонентой тензора дифективной поверхности, которой заменялись две сосед- электрической проницаемости; Qj — комплексный МО ние границы раздела, начиная с защитного слоя GeO. При параметр, связанный с гиротропией магнитной среды.

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 74 Л.В. Буркова, В.А. Середкин, В.Ю. Яковчук качестве ДС позволяет увеличить угол вращения Керра в несколько раз по сравнению с однослойной магнитной пленкой. По своим МО параметрам предлагаемые структуры могут рассматриваться как перспективный материал для использования в качестве среды в МО дисках. Вычисления на основе интерференционных эффектов достаточно хорошо согласуются с экспериментом и могут быть использованы для оценки оптимальных параметров диэлектрического слоя.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 98-02-16139.

Список литературы Зависимость угла вращения Керра от толщины приподложеч[1] Буркова Л.В., Фролов Г.И. Зарубеж. электронная техника.

ного диэлектрического слоя.

1987. № 9. С. 3-68.

[2] Носков М.М. // ДАН СССР. 1941. Т. 31. № 2. С. 112–113.

[3] Соколов А.В. Оптические свойства металлов. М.:

В отличие от предыдущих вычислений следует расГИФМЛ, 1961. 464 с.

сматривать всю систему полностью, поэтому форму[4] Niihara T., Ohta N., Kaneko K. et al. // IEEE Trans. Magn.

лы (7)–(9) необходимо дополнить следующими выраже1986. Vol. 22. N 5. P. 1215–1217.

ниями:

[5] Tanaka F., Nagao Y., Imamura N. // IEEE Trans. Magn.

1984. Vol. 20. N 5. P. 1033–1035.

r16 = r12 + r26 exp(-i4n2h2/) [6] Tabata M. // Jap. J. Appl. Phys. 1994. Vol. 33. N 10. P. 5811– 5816.

-[7] Болотин Г.А. // ФММ. 1991. № 6. С. 197–199.

1 + r12r26 exp(-i4n2h2/), [8] Крылова Т.Н. Интерференционные покрытия. Л.: Машиностроение, 1973. 224 с.

r12 =(N1 - N2)/(N1 + N2); (15) [9] Болотин Г.А., Соколов А.В. // ФММ. 1961. Т. 12. № 6.

r06 = r01 + r16 exp(-i4n1h1/) С. 785–791.

[10] Prinz G.A., Krebs J.J., Forester D.W. et al. // J. Magn. Magn.

-Mater. 1980. Vol. 15-18. P. 779–781.

1 + r01r16 exp(-i4n1h1/), [11] McGuire T.R., Gambino R.J., Bell A.E. et al. // J. Magn.

Magn. Mater. 1986. Vol. 54-57. P. 1387–1388.

r01 =(N0 - N1)/(N0 + N1). (16) + Вычислив таким образом r06 и r06, по формуле (13) можно определить k. Необходимые для расчета значения МО и оптических параметров пленок DyFeCo (рисунок) были взяты исходя из данных для аморфных пленок TbFe [10,11]. Вычисленный угол вращения Керра равен 0.7.

На рисунке показана экспериментально полученная зависимость угла вращения Керра от толщины ДС для многослойной структуры. Эта зависимость имеет явно выраженный резонансный характер, что можно рассматривать как свидетельство влияния интерференционных эффектов на увеличение МО вращения. Как видно из рисунка, максимальный угол вращения 2k = 1.5 имеет структура, в которой толщина ДС равна 81 nm, что достаточно хорошо согласуется с вычислениями. Такой угол вращения в 4.5 раза больше по сравнению с однослойной магнитной пленкой, и соответствующая ему МО добротность R · k равна 0.34. Эти значения превосходят аналогичные параметры для известных носителей запоминающих сред на основе пленок редкая земля– переходной металл.

Таким образом, использование в многослойных пленочных структурах пленок GeO оптимальной толщины в Журнал технической физики, 2000, том 70, вып.




© 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.