WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

3). Для обсуждения эффекта Керра в Mn / Dy / Bi можно смоделировать электронную структуру этой системы наложением уровней Dy на зонную структуру MnBi. В соединении s- и d-электроны РЗ атома образуют металлическую связь, а 4f -электроны, по-видимому, могут рассматриваться в однопримесном приближении, как совокупность изолированных (без учета гибридизации с Mn и Bi) локальных термов. Эти термы могут сдвинуться относительно чистого металла. Согласно данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS), такой сдвиг зависит от процентного содержания РЗ-элемента [22] и, например, для аморфных пленок Tb21Fe79 составляет примерно 1 eV [23]. По мнению авторов, причиной смещения может быть гибридизация между d-состояниями Fe и Tb. В спектре Tb21Fe79 существует низкоэнергетический максимум с энергией связи 2-3 eV, соответствующий 4 f -электронам Tb. В области малых энергий связи Eb 1-3eV основной вклад в плотность состояний РЗ-элемента вносят 5d-электроны (что также подтверждается XPS-данными для чистых Рис. 4. Плотности состояний MnBi [12]. a — суммарРЗ [24]), обеспечивающие максимум в оптической провоная плотность состояний, b — плотность 3d Mn-состояний, димости () при h 2eV [25]. Поскольку переходы c — плотность 6p Bi-состояний. Вертикальные стрелки на РЗ 5d Mn 3d запрещены оптическими правилами рис. 4–6 обозначают направления спинов.

отбора, d-состояния РЗ-элемента несущественны с точки зрения оптических переходов.

В пленках Mn / Dy / Bi 4 f -электроны находятся в фервероятностью занимают промежуточные положения, и ромагнитной матрице и могут быть подмагничены за это может быть одной из причин увеличения эффекта счет s- f -обменного взаимодействия. Однако в этом Керра. В пленках MnBiDy, полученных нами с помощью случае, в отличие от чистых РЗ металлов, где опреодновременного осаждения компонентов, что больше деляющим является внутриатомное s- f -объемное взаспособствует замещению атомов Mn [4] атомами Dy, имодействие Js- f 1eV [26], имеет место также и величина k значительно меньше (табл. 1).

взаимодействие спинов 4 f -электронов с зонными элек2) Недиагональный член тензора оптической провотронами Mn, которое на порядок меньше. Поэтому мождимости может быть разложен на члены, зависящие от но пренебречь обменным расщеплением 4 f -уровней и ориентации спинов электронов [15], модель зонной структуры Mn / Dy / Bi можно представить как наложение на рис. 4, a плотности состояний Dy.

xy = xy() +xy() +xy() +xy(). (2) Вследствие отсутствия в литературе данных о плотности Сравнение энергетических зависимостей этих членов по- состояний Dy в соединении, для этой цели можно воспользоваться локальной плотностью состояний Tb [27], казывает, что переходы с перемешиванием спинов дают выведенной непосредственно из XPS и XPS-1 спектров незначительный вклад, а расчеты показывают [13], что магнитооптический переход в MnBi главным образом для Tb21Fe79 [23]. Такая плотность с учетом общего определяется переходами из 6p-состояния Bi со спином вида вычисленной плотности состояний ферромагнитвниз в 3d-Mn со спином вниз. Из рис. 4, b видно, ного Gd [28] изображена на рис. 5, a штриховыми и что 3d-зона Mn полностью поляризована и примеси на штрихпунктирными линиями для 4 f - и 5d-электронов Физика твердого тела, 1999, том 41, № Анализ механизма увеличения эффекта Керра в Mn / Dy / Bi Таблица 2. Возможные переходы в пленках Mn / Dy / Bi В табл. 3 приведены аналогичные данные для случая при параллельной ориентации спинов Dy и Mn антипараллельной ориентации спинов Dy и Mn. Картина плотности состояний для этого случая представлена на № Возможные Интервал вклада рис. 5, b. Рисунок позволяет определить, что переходы Энергия перехода п/п переходы перехода, nm под номерами 1 и 4 не вносят вклада по указанной выше 1 5d 6p E > 0 400–причине. Переходы № 2, 3, 5, 7–9 имеют интенсив2 5d 6p E > 0 400–ности примерно одного порядка, поскольку плотности 3 6p 5d 0 < E < E5d 770–соответствующих им начальных и конечных состояний 4 6p 5d 0 < E < E5d 770–отличаются незначительно. Ощутимый вклад может быть 5 4 f 6p E > Ef 400–от перехода под номером 10. Обращает на себя внима6 4 f 3d E > Ef 400–ние переход 4 f 3d, который при соответствующей 7 4 f 5d Ef + E5d > E > Ef 400–реализации может проявиться как сильный переход.

8 6p 4 f Ef +Ef > E > Ef 400–Количественную оценку пределов для энергии возмож9 3d 4 f Ef +Ef > E > Ef 400–ных переходов можно сделать с учетом того, что границы 10 5d 4 f Ef +Ef > E > Ef 400–4 f -зон Dy могут отличаться от приведенных на рис. 5, a, b для Tb. Опубликованные данные рентгеновской фотоТаблица 3. Возможные переходы в пленках Mn / Dy / Bi электронной спектроскопии свидетельствуют о том, что при антипараллельной ориентации спинов Dy и Mn в соединении REFe2 максимум плотности 4 f -состояний Dy ближе к уровню Ферми, чем для Tb [29]. В табл. № Возможные Интервал вклада Энергия перехода и 3 приведены интервалы вклада возможных переходов, п/п переходы перехода, nm которые были определены в предположении, что зона 1 5d 6p E > 0 400–заполненных 4 f -состояний смещена в сторону уровня 2 5d 6p E > 0 400–Ферми всего на 1 eV по сравнению с изображенной на 3 6p 5d 0 < E < E5d 770–рис. 4 и 5, a, т. е. Ef = -1.4 eV, а остальные вели4 6p 5d 0 < E < E5d 770–чины в соответствии с рисунком будут: E3d = 0.3eV, 5 4 f 6p E > Ef 400–E3d = 0.5eV, Ef = 2.6eV, Ef = 3eV. Следу6 4 f 3d Ef + E3d + 560–ет отметить, что одновременно с указанным смещени+E3d > E > Ef + E3d 7 4 f 5d Ef + E5d > E > Ef 400–8 6p 4 f Ef +Ef > E > Ef 400–9 3d 4 f Ef +Ef > E > Ef 400–10 5d 4 f Ef +Ef > E > Ef 400–при температуре T = 0. Здесь уже учтен эффект гибридизации 4 f - и 5d-электронов Dy с 3d-электронами Mn.

Рассмотрен случай параллельной ориентации спинов Dy и Mn, т. е. MDy MMn и Jdf > 0. Предполагается, что спиновое расщепление 5d-зоны Dy отсутствует или очень мало. В рамках предложенной модели из рис. 5, a можно определить, какие дополнительные переходы, вносящие вклад в увеличение эффекта Керра, могут возникнуть из-за введения Dy. Такие переходы перечислены в табл. 2. Исходя из рис. 4 и 5, a, можно ориентировочно оценить предполагаемые вклады от этих переходов. Переходы под номерами 1, 4, 5, 8 не должны давать вклад вследствие того, что плотность 6p-состояний уже должна быть реализована через переходы, которые наблюдаются в MnBi, т. е. через переходы Bi 6p- Mn 3d. Очень незначительна интенсивность перехода 6, поскольку низка плотность незанятых 3d-состояний Mn со спином вверх.

Вклады от остальных переходов примерно одного порядка. Из этих рисунков можно определить ограничения энергии каждого из переходов, которые также приведены в табл. 2. Под энергией перехода E подразумевается разность энергий конечного и начального состояний.

Индекс Ei обозначает ближайший к уровню Ферми край Рис. 5. Суперпозиция плотности состояний MnBi и Dy при зоны плотности i-состояний. параллельной (a) и (b) ориентации спинов Mn и Dy.

Физика твердого тела, 1999, том 41, № 96 С.Г. Овчинников, Л.В. Буркова, В.А. Середкин, В.Ю. Яковчук ем должно происходить примерно такое же смещение 4 f -зоны незаполненных состояний в сторону больших энергий [27]. При этом исчезнут вклады от переходов, в которых конечным состоянием являются незаполненные 4 f -состояния.

Как видно из табл. 2, в случае MDy MMn вклады от возможных переходов должны быть равномерно распределены в рассматриваемом интервале длин волн 400–1000 nm. Интенсивности этих переходов примерно одного порядка, т. е. они могут приводить только к общему смещению спектральной кривой в область более высоких значений k и не могут определять наблюдаемого для Mn / Dy / Bi смещения максимума по шкале энергий, который остается обеспеченным переходами Bi 6p Mn 3d, как в MnBi. Для случая MDy MMn получается примерно такая же картина. Однако реализуемый при этом переход 4 f 3d должен давать значительный вклад в интервале длин волн, который будет определяться шириной пика незаполненных 3d состояний Mn и в данном случае соответствует интервалу наблюдаемого максимума эффекта Керра. К сожалению, нет данных, позволяющих говорить о взаимной ориентации спинов Dy и Mn, а наблюдаемое в пленках Mn / Dy / Bi уменьшение намагниченности нельзя рассматривать как свидетельство их антипараллельной ориентации, поскольку оно может быть обусловлено Рис. 6. Суперпозиция плотности состояний MnBi и Dy с учеуменьшением размера кристаллитов [17].

том спинового расщепления 5d зоны Dy при параллельной (a) В соединениях Mn с Dy наблюдается как ферромагнити антипараллельной (b) ориентации спинов Mn и Dy.

ное [30], так и антиферромагнитное [31] упорядочение спинов этих элементов, причем магнитные свойства в значительной степени зависят от расстояния между атомами [32]. Можно предположить, что, как и в LMTO метода на основе приближения атомных сфер соединениях RE (Fe, Co) [33], упорядочение меняется от и рекурсивного метода, показали, что локализация и антиферромагнитного к ферромагнитному при увеличе- ширина пика незаполненных 4 f -состояний в аморфных нии расстояния между атомами РЗ и Mn. Если атомы Dy пленках ”редкая земля–переходной металл” зависят от входят в промежуточные положения элементарной ячей- типа РЗ [34]. Кроме того, было показано, что если ки MnBi, расстояние между атомами Mn и Dy больше, изменять расстояние между атомами в пределах от 1 до чем при замещении ими атомов Bi, т. е. во втором случае 2% при одинаковом атомном содержании, то этот пик более вероятно антиферромагнитное упорядочение. Как будет смещаться на 0.3 eV. Следовательно, существует уже отмечалось, положения Dy зависят от технологии возможность менять ширину и локализацию пика невведения этого элемента, следовательно, наблюдаемые в заполненных 4 f -состояний с помощью выбора соответэксперименте отличия МО свойств пленок Mn / Dy / Bi ствующего состава.

и MnBiDy можно попытаться объяснить тем, что эти На рис. 6, a, b изображены плотности состояний с пленки в определенной степени различаются взаимным учетом спинового расщепления 5d-зоны для случая упорядочением спинов Mn и Dy и соответствующими JMnDy > 0 и JMnDy < 0 соответственно. Хотя расщеплеему вкладами рассмотренных выше переходов. ние > 4 eV маловероятно [35], однако на этих рисунках В случае MDy MMn, если зона незаполненных для наглядности изображен именно такой предельный ва4 f -состояний достаточно узкая, то максимум эффекта риант. Оценка интенсивности дополнительных переходов Керра можно объяснить переходами в эту зону. Интервал при расщеплении показывает, что в случае MDy MMn вклада указанных переходов будет определяться шири- исчезают переходы с конечным состоянием 5d (переной пика незаполненных 4 f -состояний и, например, в ходы 3, 7, табл. 2) и в случае MDy MMn —с конечным случае Ef = 1.6 eV, соответствующем рис. 6, a, и при состоянием 5d (переходы 4, 7, табл. 3). Поскольку Ef 0.8 eV становится 520–770 nm. Следователь- эти переходы в совокупности перекрывают весь рассматно, такие переходы могут привести к возникновению риваемый интервал длин волн, то можно считать, что в наблюдаемого как раз в этом интервале длин волн обоих случаях происходит общее снижение спектральмаксимуму k. Вычисления электронной структуры, ной кривой, хотя можно отметить некоторое увеличение проведенные с помощью максимально локализованного интенсивности для переходов с начальным состоянием Физика твердого тела, 1999, том 41, № Анализ механизма увеличения эффекта Керра в Mn / Dy / Bi 5d (10) в первом случае и с начальным состоянием Список литературы 5d —во втором (10). Все остальные переходы не [1] H.J. Williams, R.C. Sherwood, F.G. Foster, E.M. Kelley. J.

изменяются.

Appl. Phys. 28, 10, 1181 (1957).

Более подробное рассмотрение для случая [2] K. Egashira, T. Yamada. J. Appl. Phys. 45, 8, 3643 (1974).

MDy MMn (см. рис. 6, a) показывает, что влияние [3] Л.В. Буркова, А.С. Паршин, В.А. Середкин, В.Ю. Яковчук.

расщепления зависит от температуры. С ростом Автометрия 2, 39 (1995).

температуры 5d зона смещается по направлению к [4] W.K. Unger, E. Wolfgang, H. Harms, H. Haudek. J. Appl.

уровню Ферми и при некоторой температуре T = T Phys. 43, 6, 2875 (1972).

пересекает его. При температуре T > T появляются [5] H. Gobel, E. Wolfgang, H. Harms. Phys. Stat. Sol. (a) 35, 1, исчезнувшие в результате расщепления переходы:

89 (1976).

Bi 6p Dy 5d, Dy 4 f Dy 5d и при этом [6] Y.J. Wang, J.X. Shen, Q. Tang. J. Magn. Magn. Mater. 74, 3, наблюдается рост проводимости. Аналогичным образом 365 (1988).

происходит в случае MDy MMn (см. рис. 6, b), т. е. при [7] A. Katsui, A. Shibukawa, H. Terui, K. Egashira. J. Appl. Phys.

T = T появляются исчезнувшие переходы: 6p 5d 47, 11, 5069 (1976).

[8] Y. Chen, C.P. Luo, Z.T. Guan, Q.Y. Lu, Y.J. Wang. J. Magn.

и 4 f 5d, в результате чего происходит общее Magn. Mater. 115, 1, 55 (1992).

смещение спектральной кривой k в область более [9] A. Katsui. J. Appl. Phys. 47, 10, 4663 (1976).

высоких значений.

[10] Y.J. Wang. J. Magn. Magn. Mater. 84, 1–2, 39 (1990).

Таким образом, предложенное модельное рассмотре[11] D.S. Dai, R.Y. Fang, P. Long, S. Zhang, T.J. Ma, C. Dai, ние позволяет детально проанализировать вклад в МО X.X. Zhang. J. Magn. Magn. Mater. 115, 1, 66 (1992).

эффекта возможных дополнительных переходов, кото[12] R. Coehoorn, R.A. de Groot. J. Phys. F15, 10, 2135 (1985).

рые могут появиться в результате введения примеси [13] J. Khler, J. Kbler. J. Phys.: Condens. Mater. 8, 8681 (1996).

Dy. Можно сделать вывод о том, что, если в пленках [14] P.M. Oppeneer, V.N. Antonov, T. Kraft, H. Eschrig, Mn / Dy / Bi положение зоны заполненных 4 f -состояний A.N. Yaresko, A.Ya. Perlov. J. Appl. Phys. 80, 2, 1099 (1996).

Dy достаточно близко к уровню Ферми, максимум в [15] D.K. Misemer. J. Magn. Magn. Mater. 72, 3, 267 (1988).

спектре k может возникнуть только в случае антипа[16] S.S. Jaswal, J.X. Shen, R.D. Kirby, D.J. Sellmyer. J. Appl. Phys.

раллельной ориентации спинов Dy и Mn и основной 75, 10, 6348 (1994).

вклад в него будут вносить переходы 4 f 3d. Если [17] Z.Q. Li, H.L. Luo, W.Y. Lai, Z. Zeng, Q.Q. Zheng. J. Magn.

зона незаполненных 4 f -состояний узкая и достаточно Magn. Mater. 98, 1–2, 47 (1991).

[18] В.А. Середкин, В.Ю. Яковчук, Л.В. Буркова, С.З. Склюев.

близка к уровню Ферми, максимум в спектре возможен А.с. 1718273 СССР (1992).

за счет новых переходов только в случае параллель[19] M. Masuda, I. Izawa, S. Yoshino, S. Shiomi, S. Uchiyama. Jpn.

ной ориентации. В него могут давать вклад переходы:

J. Appl. Phys. 26, 5, 707 (1987).

6p 4 f, 3d 4 f, 5d 4 f. Как отмечалось [20] D. Chen. J. Appl. Phys. 42, 9, 3625 (1971).

выше, смещение зоны незаполненных 4 f -состояний к [21] R.B. van Dover, E.M. Gyorgy, R.P. Frankenthal, M. Hong, уровню Ферми должно сопровождаться соответствуюD.J. Siconolfi. J. Appl. Phys. 59, 4, 1291 (1986).

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.