WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 1 Генерация магнитоиндуцированной третьей гармоники в наноструктурах и тонких пленках © Т.В. Мурзина, Е.М. Ким, Р.В. Капра, О.А. Акципетров, М.В. Иванченко, В.Г. Лифшиц, С.В. Кузнецова, А.Ф. Кравец Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119992 Москва, Россия Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук, 690041 Владивосток, Россия Институт физики и информационных технологий Дальневосточного государственного университета, 690600 Владивосток, Россия Институт магнетизма Национальной академии наук Украины, 03680 Киев, Украина E-mail: mur@shr.shg.ru, aktsip@shg.ru Рассматриваются магнитные системы пониженной размерности, которые в последнее время являются объектом интенсивных исследований благодаря обнаружению в них новых эффектов, отсутствующих в объемных магнитных материалах. Обнаружен нелинейно-оптический аналог магнитооптического эффекта Керра при генерации третьей оптической гармоники в тонких магнитных металлических пленках и наногранулярных структурах. Показано, что величина магнитного нелинейно оптического эффекта Керра в третьей гармонике превосходит магнитооптический аналог более чем на порядок.

Работа выполнена при поддержке грантов INTAS N 03-51-3784 и Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 04-02-17059).

Магнитные наноструктуры привлекают внимание ис- LAS-600 фирмы „Riber“, оборудованной для диагноследователей благодаря наблюдению в них новых фи- стики с помощью дифракции медленных электронов зических явлений (таких как спин-зависящее рассеяние и электронной Оже-спектроскопии. В качестве подлои туннелирование, гигантское магнитосопротивление, жек использовался монокристаллический кремний nосцилляция магнитного взаимодействия между магнит- типа ориентации (111) с сопротивлением 4.5 ·cm. Граными слоями и др. [1,2], отсутствующих в случае нулярные пленки CoxAg1-x были получены методом объемных магнетиков. Было показано, что в магнитных электронно-лучевого испарения двух источников в услонаноструктурах возможно наблюдение новых нелиней- виях высокого вакуума. Средний размер гранул кобальта ных оптических и магнитооптических эффектов. Так, составлял единицы нанометров для диапазона атомных для мультислойных магнитных структур и магнитных концентраций кобальта в пленах x < 0.5. Генерация магнаночастиц в последние годы был обнаружен гигант- нитоиндуцированной ТГ наблюдалась при воздействии ский нелинейный магнитооптический эффект Керра при на поверхность образцов излучения YAG : Nd3+-лазера с генерации второй оптической гармоники (ВГ), являю- длиной волны 1064 nm, длительностью испульса 15 ns и щийся нелинейно-оптическим аналогом магнитооптиче- пиковой мощностью 1 MW/cm2. Отражение излучения ского эффекта Керра [3,4], причем величины эффектов на частоте ТГ или ВГ выделялось соответствующими инпревосходили магнитооптические аналоги по меньшей терференционными и цветными светофильтрами и фикмере на порядок. В то же время исследование маг- сировалось ФЭУ и электронной стробируемой системой нитных нелинейно-оптических эффектов до сих пор регистрации. Магнитоиндуцированные изменения фазы ограничивалось только процессами второго порядка, и волн ВГ или ТГ измерялись методом интерферометрии генерации магнитоиндуцированной третьей оптической ВГ/ТГ, в котором используется интерференция между гармоники (ТГ) в наноструктурах не наблюдалось. волнами ВГ/ТГ от эталонного нелинейного источника В настоящей работе обнаружена генерация магнито- (пленка ITO толщиной 30 nm) и от образца. Интерфеиндуцированной ТГ — нелинейный магнитооптический ренционная картина определяется разностью фаз между эффект Керра при генерации ТГ в магнитных наночасти- сигналами ВГ от образца и эталона и поэтому является цах и тонких пленках. Экспериметально показано, что периодической функцией расстояния между этими исвеличина магнитного эффекта в ТГ имеет тот же поря- точниками ВГ/ТГ (из-за дисперсии воздуха).

док величины, что и в ВГ, и по крайней мере на порядок Для всех исследованных образцов обнаружена гепревосходит аналогичный линейный магнитооптический нерация магнитоиндуцированной ТГ, проявляющаяся в эффект. изменении интенсивности и фазы, а также поляризации Были исследованы образцы эпитаксиальных пленок волны ТГ при наложении на образец статического магжелеза и кобальта толщиной 200 nm, а также маг- нитного поля. Основные измерения проводились для экнитные наногранулярные пленки. Пленки железа на- ваториального магнитооптического эффекта Керра, при пылялись в вакууме (1-2) · 10-9 Torr на установке котором магнитное поле лежит в плоскости поверхности 10 148 Т.В. Мурзина, Е.М. Ким, Р.В. Капра, О.А. Акципетров, М.В. Иванченко, В.Г. Лифшиц...

odd составляющих: = eiodd(M) +even, где — сдвиг фаз между ними, M — намагниченность среды. Тогда при изменении направления магнитного поля могут наблюдаться нечетные по магнитному полю изменения интенсивности ВГ и ТГ за счет интерференции четных и нечетных по намагниченности полей ВГ или ТГ I (eiEodd + Eeven)2 (even)2 ± 2eiodd(±M)even.

Мерой магнитоиндуцированного изменения интенсивности ВГ или ТГ может служить магнитный контраст = I(M)-I(-M) / I(M) +I(-M) 2odd cos /even, величина которого определяется относительной величиной нечетной по намагниченности компоненты нелинейной восприимчивости и сдвигом фаз. На основании измерений магнитного констраста и полученных интерферограмм можно оценить относительную величину нечетной и четной по магнитному полю компонент восприимчивости кобальта: с учетом магнитоиндуцированного сдвига фаз для квадратичной восприимчивости можно получить (2)odd(M)/(2)even 0.18, а для кубич ной (3)odd(M)/(3)even 0.09. Для сравнения максимальные аналогичные значения для линейного магнитооптического эффекта Керра не превышают 1%.

Магнитоиндуцированные эффекты при генерации ТГ были исследованы в наногранулярных пленках состава Рис. 1. Интерферограммы интенсивности второй (a) и третьей (b) гармоник от пленок железа.

образца и перпендикулярно плоскости падения зондирующего излучения. В этом случае как для линейного, так и для нелинейного магнитооптического эффекта Керра ожидаются магнитоиндуцированные изменения интенсивности и фазы волн ВГ и ТГ, в то время как поворота плоскости поляризации не должно быть [5].

Поэтому проводились измерения как магнитного контраста интенсиновтси ВГ или ТГ, так и интерференции ВГ и ТГ во внешнем магнитном поле, что позволило оценить относительную величину эффективных магнитоиндуцированных компонент кубичной восприимчивости.

На рис. 1 a, b приведены интерферограммы интенсивности ВГ и ТГ, отраженных от пленки железа, измеренные для противоположных направлений магнитного поля, приложенного в схеме экваториального магнитооптического эффекта Керра. Из предоставленных зависимостей видно, что смена направления магнитного поля приводит к заметному изменению как интенсивности, так и фазы волн ВГ и ТГ.

Для анализа наблюдающихся эффектов представим квадратичную и кубичную нелинейную восприимчивость в виде суммы четной (не зависящей от направления Рис. 2. Зависимости магнитного контраста второй и третьей приложенного магнитного поля) even и нечетной (ме- гармоник и магнитосопротивления от концентрации кобальта.

няющей знак при смене направления магнитного поля) x в гранулярных пленках CoxAg1-x.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. Генерация магнитоиндуцированной третьей гармоники в наноструктурах и тонких пленках CoxAg1-x. Пленки данного состава проявляют эффект гигантского магнитосопротивления (до 20% в магнитном поле 8 kOe при комнатной температуре). Зависимость магнитосопротивления от композиционного состава пленок представлена на рис. 2. В геометрии экваториального эффекта Керра обнаружено индуцированное магнитным полем изменение интенсивности как ВГ, так и ТГ. Интерферометрия ВГ и ТГ показала, что магнитоиндуцированный сдвиг фаз волн ВГ и ТГ в наногранулярных пленках незначителен (не более 15), поэтому величина магнитноо контраста с хорошей точ ностью определяется отношением (2,3)odd(M)/(2,3)even.

Онаруженный магнитный констраст интенсивности ТГ имеет тот же порядок величины, что и для ВГ, и, как в случае однородных тонких пленок, превышает контраст магнитооптического эффекта Керра по крайней мере на порядок. Возрастание магнитного контраста для x > 0.связано с увеличением концентрации кобальта и образованием ферромагнитного упорядочения в пленках.

В то же время для x < 0.5 наблюдается немонотонная зависимость магнитного контраста ВГ и ГТ, причем максимум магнитного контраста наблюдается для той же области концентраций магнитного материала x, что и максимум магнитосопротивления. В этой области концентраций в пленках существует наногранулярная структура, поэтому возрастание магнитного контраста как в ВГ, так и в ТГ связано, по-видимому, с усилением магнитной составляющей нелинейной восприимчивости в магнитных наночастицах. Вторым возможным механизмом увеличения магнитного контраста ВГ и ТГ в пленках Cox Ag1-x может быть возбуждение локальных поверхностных плазмонов в металлических наночастицах и связанное с ним уменьшение немагнитной составляющей нелинейной восприимчивости для пленок определенного состава.

Таким образом, обнаружены магнитоиндуцированные эффекты при генерации ТГ в тонких пленках металла и наногранулярных структурах. Показано, что величина магнитного нелинейно-оптического эффекта Керра в ТГ превосходит магнитооптический аналог более чем на порядок.

Список литературы [1] S.S. Parkin, R. Bhadra, K.P. Roche. Phys. Rev. Lett. 66, 2152 (1991).

[2] M.N. Baibich, J.M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff, P. Etienne, G. Creuset, A. Freiederich, J. Chazellas. Phys.

Rev. Lett. 61, 2472 (1988).

[3] H.A. Wierenga, W. de Jong, M.W.J. Prins, Th. Rasing, R. Vollmer, A. Kirilyuk, H. Schwabe, J. Kirshner. Phys. Rev.

Lett. 74, 1462 (1995).

[4] T.V. Murzina, A.A. Nikulin, O.A. Aktsipetrov, J.W. Ostrander, A.A. Mamedov, N.A. Kotov, M.A.C. Devillers, J. Roark. Appl.

Phys. Lett. 79, 1309 (2001).

[5] Т.В. Мурзина, Р.В. Капра, А.А. Рассудов, О.А. Акципетров, К. Нишимура, Х. Учида, М. Иноуэ. Письма в ЖЭТФ 77, 639 (2003).

Физика твердого тела, 2005, том 47, 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.