WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2007, том 77, вып. 1 06;07;12 Фотонное давление и его влияние на магнитные характеристики многослойных пленок © Н.Н. Крупа Институт магнетизма НАН Украины, 03142 Киев, Украина e-mail: krupa@imag.kiev.ua (Поступило в Редакцию 1 марта 2006 г.) Экспериментально исследовано влияние наносекундных лазерных импульсов на оптические и магнитные характеристики многослойных наномерных пленок Bi–SiC–TbFe–SiC, SiC–TbFe–SiC, SiC–Tb–Au–Fe–SiC и фталоцианиновый краситель–висмут–краситель. Показано, что фотонное давление лазерного излучения вызывает дрейф электронов в направление распространения лазерного пучка. В результате из-за инжекции спин-поляризованных электронов из магнитного слоя в немагнитном слое Bi и Au возникает неравновесная намагниченность, что проявляется в изменении магнитооптических характеристик пленок. В трехслойной пленке краситель–висмут–краситель фотонное давление лазерного излучения создает в выходном слое красителя пространственный заряд электронов, что вызывает дрейф ионизированных атомов висмута.

PACS: 78.66.Bz, 78.20.Ls Введение Эксперимент и полученные результаты В работе исследовались многослойные пленки BiДавление мощного лазерного излучения в полупроSiC-TbFe-SiC, SiC-TbFe-SiC, SiC-Tb-Au-Fe-SiC и водниковых кристаллах является причиной дрейфа элекфталоцианиновый краситель-висмут-краситель, полутронов по ходу лазерного пучка, что приводит к возченные методом вакуумного напыления на подложках никновению в них электрического поля [1,2], вызываиз оптического стекла. В пленках Bi-SiC-TbFe-SiC ет нелинейное изменение показателя преломления [3], и SiC-TbFe-SiC толщина слоя Bi была около 10, влияет на характер самофокусировки и разрушение барьерного слоя SiC — 2-5, ферримагнитного аморфобразца наносекундными и пикосекундными лазерными ного слоя с перпендикулярной анизотропией TbFe — импульсами [4]. Дрейф электронов за счет фотонного 20-40 и защитного слоя SiC — 40 nm. Толщидавления должен возникать и в металлах, где он также на слоев в пленках SiC-Tb-Au-Fe-SiC равнялась может вносить поправки в характер взаимодействия для Tb — 2-4, Fe — 3-8, барьерного слоя Au — света электронами проводимости [5]. Из-за больших 2-3 и защитного слоя SiC — 40 nm. В пленках значений коэффициента поглощения и большой конценкраситель-висмут-краситель толщина слоев красителя трации электронов проводимости в массивных металлиравнялись 20-40 и слоя Bi около 10 nm.

ческих образцах влияние этого эффекта мало, и его, В таких пленочных структурах изучалось влияние как правило, никто не учитывает. Однако в пленочЛИД электронов на характеристики отражения и проных структурах давление лазерного излучения может пускания лазерного излучения. Для этого на пленочприводить к существенному изменению оптических и ную структуру с одной стороны фокусировался пучок магнитных характеристик пленок [6]. Причем в силу одномодового (мода TEM00) мощного импульсного побольшого коэффициента поглощения лазерного излучелупроводникового лазера, а с другой стороны в ту же ния металлами влияние фотонного давления может быть область фокусировалось излучение ( = 630 nm) гелийвесомым при сравнительно невысоких интенсивностях неонового одномодового лазера. Оптическая схема исизлучения, его нужно учитывать при исследованиях и следований представлена на рис. 1. Излучение полуможно использовать в спиновой электронике.

проводникового лазера с длиной волны = 810 nm и В данной работе на основе экспериментальных исмощностью в непрерывном режиме до 100 W через следований взаимодействия лазерного излучения с мнопризму Никеля 2 и интерференционное зеркало 3 фокугослойными наномерными металлическими пленками сировалось стандартным микрообъективом 4 с числовой будет показано, что дрейф электронов, индуцированный апертурой 0.65 на пленку с подложкой 5. Интерфефотонным давлением лазерного излучения (ЛИД), мо- ренционные зеркала 3 имели различные коэффициенты жет приводить к намагниченности немагнитных пленок, отражения для s- и p-поляризации лазерного излучения влиять на магнитооптические характеристики наномер- (под углом 45 Rs > 80 и Rp < 10%).

ных пленочных структур, и в некоторых случаях вы- Излучение гелий-неонового лазера 12 фокусировалось зывать дрейф атомов примеси в направлении действия на пленку через подложку толщиной 1.2 mm специальлазерного пучка. ным микрообъективом 6 с числовой апертурой 0.55.

7 98 Н.Н. Крупа никового лазеров (рис. 2), которые нельзя объяснить лишь сильными температурными изменениями магнитных характеристик ферримагнитной аморфной пленки с перпендикулярной анизотропией TbFe [7].

При высокой интенсивности излучения, отраженного от пленки TbFe, форма импульса полупроводникового лазера изменяется, и динамика таких изменений хорошо согласуется с уменьшением за счет нагрева магнитооптического угла Керра k и коэрцитивной силы Hk пленки. Мы видим, что с увеличением интенсивности излучения амплитуда на заднем фронте импульса уменьшается, и он становится асимметричным.

Постоянное магнитное поле, направление которого совпадает с направлением намагниченности пленРис. 1. Оптическая схема исследований: 1 — полупроводники TbFe, практически не влияет на величину и форму ковый лазер; 2 — призма Николя; 3 — интерференционное сигналов отражения. В таком поле немного возрастает зеркало; 4 — стандартный микрообъектив; 5 — пленка; 6 — общая величина амплитуды сигналов. Если поместить специальный микрообъектив; 7 — светофильтры; 8 —призма пленку в магнитное поле H = 25 000 A/m, направлеСенармона; 9 — фотодиод считывания; 10 — четырехплощание которого противоположно направлению намагнидочный фотодиод; 11 — полупрозрачное зеркало; 12 — гелийнеоновый лазер. ченности пленки TbFe, наблюдается сильное изменение формы отраженного импульса. Сигнал ослабевает, его значение проходит через нуль и меняет знак. Это также связано со снижением за счет нагрева коэрцитивной С помощью светофильтров 7 проводилась фильтрация силы Hk и перемагничиванием пленки.

проходящего излучения гелий-неонового и полупроводДля излучения гелий-неонового лазера в момент дейникового лазеров. С помощью призмы Сенармона ствия импульса полупроводникового лазера величина и двух фотодиодов считывания 9 измерялся поворот сигнала отражения сначала нарастает, что свидетельплоскости поляризации лазерного излучения при отраствует о дополнительном повороте плоскости полярижении или при прохождении через пленку. Фотодиоды с зации отраженного от пленки света гелий-неонового четырьмя площадками 10 и полупрозрачные зеркала лазера. С увеличением мощности импульсов полупрослужили для настройки фокусировки лазерного излучеводникового лазера время нарастания сигнала отражения на пленку.

Длительность импульса полупроводникового лазера изменялась в пределах от 20 до 200 ns при интенсивности излучения на пленке от 0.1 до 10 MW/cm2.

Интенсивность излучения гелий-неонового лазера оставалась постоянной и составляла около 100 W/cm2. Предварительно аморфная пленка TbFe намагничивалась в мощном постоянном магнитном поле в направлении, перпендикулярном плоскости пленки. При измерениях пленочная структура находилась в постоянном магнитном поле. Величина магнитного поля изменялась от до 200 kA/m.

Проведенные исследования показали, что при облучении пленок Bi-SiC-TbFe-SiC и SiC-TbFe-SiC мощными импульсами полупроводникового лазера наблюдается изменение поляризации отраженного света.

Причем величина и характер этих изменений зависят не Рис. 2. Осциллограммы изменения отражения от только от интенсивности излучения полупроводникового пленки Bi-SiC-TbFe-SiC излучения полупроводниковолазера, но и от направления падения этого пучка на го (1a,3a,5a,1b,3b) и гелий-неонового (2a,4a,6a,4b–6b) пленочную структуру.

лазеров при различной интенсивности Ii и длительности Особенно ярко такая зависимость проявляется для (a — i = 20, b — 40 ns) импульсов полупроводникового несимметричных четырехслойных пленок Bi-SiCлазера: 1 — входной импульс; 2 — Ii = 1; 3,4 —3; 5,6 — TbFe-SiC. Если импульс полупроводникового лазера 10 MW/cm2. Импульс лазера падает на пленку со стороны падает на такую пленку со стороны защитного покрыслоев SiC-TbFe. a — магнитное поле равно нулю, b — тия Si, то мы наблюдаем изменения в поляризации магнитное поле H = 25 000 A/m направлено противоположно отраженного излучения гелий-неонового и полупровод- направлению намагничивания пленки TbFe.

Журнал технической физики, 2007, том 77, вып. Фотонное давление и его влияние на магнитные характеристики многослойных пленок ния излучения гелий-неонового лазера уменьшается, и при очень большой мощности импульса его величина на заднем фронте импульса начинает падать. При перемагничивании пленки TbFe во внешнем магнитном поле сигнал отражения излучения гелий-неонового лазера также проходит через нуль, дальше абсолютная величина немного возрастает. С увеличением длительности импульсов полупроводникового лазера изменения сигналов отражения излучения гелий-неонового лазера (нарастание и спад), как видно из рис. 2,b, проявляются намного ярче.

Описанные изменения сигналов отражения позволяют утверждать, что под действием мощных импульсов полупроводникового лазера наблюдается дополнительный поворот плоскости поляризации излучения гелийнеонового лазера, отраженного от пленки висмута. Максимальное значение такого неравновесного угла k, рассчитанное по изменению сигнала отражения гелийнеонового лазера, сначала растет с увеличением интенсивности излучения полупроводникового лазера, потом выходит на насыщение (рис. 3).

Если пучок полупроводникового лазера падает на четырехслойную пленку Bi-SiC-TbFe-Si со стороны Рис. 4. Осциллограммы изменения отражения от пленки слоя висмута, для трехслойной пленки SiC-TbFe-Si мы SiC-TbFe-SiC излучения гелий-неонового (2–5) лазера при также наблюдаем другую картину поведения сигналов различной интенсивности Ii импульсов (i = 20 ns) полупроотражения (рис. 4). Без магнитного поля, а также в водникового лазера: 1 — отраженный импульс полупроводниполе, направление которого совпадает с направлением кового лазера; 2,4 — Ii = 3; 3,5 —10 MW/cm2; без магнитнамагничивания пленки TbFe, величина отраженного ного поля (2,3) и в магнитном поле (4,5) H = 25 000 A/m направленном противоположно направлению намагничивания сигнала для гелий-неонового лазера во время действия пленки TbFe.

мощного импульса полупроводникового лазера уменьшается почти до нуля, а потом возвращается к начальному уровню. В магнитном поле, направление которого противоположно направлению намагниченности пленки В пленках SiC-Tb-Au-Fe-SiC из-за малой толTbFe, этот сигнал уменьшается до нуля, дальше он щины магнитных слоев значение магнитооптического становится отрицательным, и его амплитуда медленно угла Керра мало 0.02-0.05, и мы практически не возрастает по абсолютной величине к уровню, близкому зарегистрировали его изменение при облучении плек уровню начального положительного сигнала.

нок импульсами полупроводникового лазера. Измерения магнитооптического угла Фарадея показали, что его величина изменяется с ростом интенсивности излучения полупроводникового лазера. Причем характер этих изменений зависит от направления падения лазерного пучка на нанопленочную структуру SiC-Tb-Au-Fe-SiC.

Когда импульс полупроводникового лазера падает на пленочную структуру SiC-Tb-Au-Fe-SiC со стороны слоя Fe, то с увеличением интенсивности излучения форма импульса, прошедшего через пленку и зарегистрированного поляризационным фильтром, изменяется (рис. 5). Амплитуда импульса немного возрастает и сдвигается в сторону заднего фронта, и он становится несимметричным. Для случая падения такого импульса на пленку со стороны слоя Tb прошедший импульс с увеличением интенсивности излучения остается симметричным.

Рис. 3. Зависимость эффективного значения неравновесного Мы считаем, что асимметрия прошедшего импульса угла Керра, полученного при отражении излучения гелийнеонового лазера от слоя висмута при различной интенсив- возникает из-за увеличения угла Фарадея при большой ности излучения полупроводникового лазера. интенсивности лазерного излучения. Рассчитанное по 7 Журнал технической физики, 2007, том 77, вып. 100 Н.Н. Крупа ствие разрушений, практически не меняется. В трехслойной пленке краситель-висмут-краситель под действием импульсов полупроводникового лазера также наблюдается различие в изменении отражения на входном и выходном слоях по отношению к падающему импульсу лазера (рис. 7). Для входного слоя коэффициент отражения излучения полупроводникового лазера при импульсах средней мощности, не вызывающих испарения пленки, изменяется слабо, и формы отраженного и падающего импульсов совпадают. Для выходного слоя красителя эффективность отражения излучения гелий-неонового лазера слабо возрастает на протяжении действия импульса полупроводникового лазера. С увеличением мощности и длительности импульсов полупроводникового лазера значение отражения излучения гелий-неонового лазера на заднем фронте действия этих импульсов снижается.

При таком режиме после облучения в пленке появляются заметные углубления.

Оже-анализ этих пленок показывает, что после облучения наносекундными неразрушающими импульсами лазера в трехслойной изначально симметричной пленРис. 5. Осциллограммы импульсов полупроводникового лазеке краситель-висмут-краситель появляется заметная ра, прошедших через пленку SiC-Fe-Au-Tb-SiC при разасимметрия в распределении атомов висмута (рис. 8).

личной интенсивности Ii излучения: 1 — Ii = 0.1; 2 — 3;

Концентрация висмута возрастает в выходном слое и 3 —10 MW/cm2.

почти не изменяется во входном слое красителя.

Величина и характер изменений отражения и концентрации висмута при облучении пленки краситель-висмут-краситель наносекундными импульсами лазера не зависят от того, падает лазерный пучок на пленку Рис. 6. Зависимость эффективного значения неравновесного угла Фарадея, полученного в пленке SiC-Fe-Au-Tb-SiC при падении излучения полупроводникового лазера со стороны слоев SiC-Fe (1) и SiC-Tb (2).

изменению амплитуды прошедшего лазерного импульса максимальное значение угла Фарадея, в зависимости Рис. 7. Осциллограммы изменения отражения от пленки от интенсивности падающего излучения представлено на краситель-висмут-краситель при облучении импульсами порис. 6.

лупроводникового лазера различной мощности Pi: 1 —входПленка фталоцианинового красителя без висмута именой импульс (I = 20 ns и 40 ns); 2,3 — отражение от входного ет малый коэффициент поглощения лазерного излучеслоя излучения полупроводникового лазера; 4,5 —отражение ния, и при облучении такой пленки импульсами полуот выходного слоя излучения гелий-неонового лазера. 2,4 — проводникового лазера отражение от пленки в отсут- Pi = 2; 3,5 —10 mW.

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.