Введение к работе
1ЬТУ??!?Н9 It-!РУ. Интенсивное исследование оптических явлений і кристаллах, обладающих магнитным порядком, начавшееся в шести-іесятьіх годах вскоре после того, как был синтезирован ряд магне-кков. прозрачных в оптическом диапазоне, показало, что в таких гатериалах, благодаря наличию в них сильных внутренних магнитных юлей, могут наблюдаться спонтанные магнитооптические аффекты іольшой величины, такие, как эффект Фарадея , эффект Керра и др. [аряду с этим было показано, что в магнитных кристаллах имеются штические явления, существование которых обусловлено магнитной :имметриой я которые не могут наблюдаться в диа- и парамагнети-;ах. К таким явлениях отис-ятс, няппимер. двупрелонление, ли-іейное по напряженности магнитного !тз.««, квадратичное по мигнит-юму полю невзаимное вращение плоскости поляризации света и др. эучение оптических эффектов, специфических для магнитоупорядо-енных материалов,оказалось принципиально важным для построения еории взаимодействия света с магнитными кристаллами, изучения лектронкых состояний, определения магнитной симметрии и т. д.
Вскоре после экспериментального открытия Л.Н.Астровым (1) агнитоэлектрического (НЭ) эффекта, предсказанного И. Е. Дзялошин-кик [2], появился ряд теоретических работ, посвященных исследо-анию взаимодействия света с кристаллами, обладающими линейным Э эффектом. Эти работы показали, что в таких кристаллах можно жидать появления новых спонтанных и индуцированных невэаинных птических явлений, связанных с проявлением как статической М") осприимчивости, так и с НЭ восприимчивостью на оптических час-отах. К таким явлениям относятся невзаимісьій поворот плоскости оляризации света, индуцированный электрическим полем (3), гиро-ропноь лвупреломленле, невзаимный поворот и эллиптичность света ри отражении от магнитоэлектриков (4). 1ак жо.как я НЭ эффект. казенные явления обусловлены проявлением магнитной симметрии. о если НЭ эффект связан со свойствами основного состояния иаг-итных ионов, оптические явления определяются и возбужденными остояниями, поэтому их изучении открывает новые возможности ппп сслядовянии электронных состояний магнитных кристаллов К мл
менту постановки данной работы экспериментальное исследование невзаинных оптических явлении в магнитоэлектриках отсутствовало. В литературе инелось только несколько отдельных работ по этой теме. Отсюда возникла необходимость целенаправленного поиска и исследования невзаинных оптических явлений в магнитоэлектриках.
Следует отметить, что в настоящее время магнитные материалы, в частности редкоземельные ферриты-гранаты, нашли широкое применение для создания устройств хранения и обработки информации, управления излучением, индикации и измерения полей и т. д. ИЭ эффект в ферритах-гранатах изучался индукционными, емкостными и резонансными методами. Тем не кенее, однозначная трактовка МЭ эффекта в ферритах-гранатах отсутствовала. Это было связано с ограниченностью указанных методов, требующих для исследования относительно больших объемов вещества и не обеспечивающих необхс димого пространственного разрешения. Применение оптических методов , позволяющих достичь разрешения «1 мкм и обладающих высокой чувствительностью, могли бы вывести изучение мэ эффекта на качественно новый уровень и дать возможность изучать МЭ эффект от отдельных магнитных доменов, областей,содержащих одну доменную стенку, и исследовать тонкие эпитаксиальные пленки ферритов-гранатов. К началу данной работы исследования в этой области не проводились.
Фундаментальной- проблемой магнитооптики является выявление микроскопических механизмов магнитооптических явлений. При этом одним из основных является вопрос о связи между параметрами, характеризующими магнитные и магнитооптические свойства кристаллов. Как показало феноменологическое рассмотрение, основанное на учете магнитной симметрии [5], в многоподрешеточных магнетиках эффект Фарадея может определяться не только магнитным моментом т, но и антиферронагнитным мсментом 1. Несмотря на то, что магнитооптические свойства магнетиков изучались достаточно подробно, экспериментальное подтверждение существования антиферромагнитного эффэкта Фарадея отсутствовало. Наблюдение этого эффекта могло дать основание для выявления новых механизмов эффекта Фа-рдлея п магнитных кристаллах.
- з -Таким образом актуальность работы определяется необходимостью развития представлений о взаимодействии света с магнитными :ристаллами, выявления новых механизмов магнитооптических явле-[ий и новыми возможностями оптических методов в исследовании ;ерспективных магнитных материалов.
Цль_настоящей_работы_ заключается в поиске и исследовании маг-[ито - и электромагнитооптических явлений в магнитных диэлектри-:ах и выявлении механизмов, ответственных за эти явления.
Целью работы предусматривалось: . Создание экспериментальных установок для изучения невзаимных птических явлений, индуцированных внешним электрическим полем,
такжо спонтанных невзаимных явлений в магнитозлекхрака::. . Исследование невзаимного вращения плоскости поляризации свэ а, индуцированного электрическим полем, а также одновременным риложением магнитного и электрического поля, в антиферромагне-яке Сг.О,. Разработка феноменологической теории и нодепьноа ассмотрение микроскопических механизмов этих явлений.
Поиск и исследование невзаимных оптических явлений в Сг.О,, вязанных с проявлением ИЭ восприимчивости на оптических астотах.
. Исследование невзаимного вращения плоскости поляризации све-а, индуцированного электрическим полем, в монокристаллах и эпи-аксиальных пленках редкоземельных ферритов-гранатов.
Изучение полевых зависимостей линейных и квадратичных нагни-ооптических эффектов в слабом ферромагнетике YFeO . Разработка вноменологической теории эффекта Фарадея и магнитного линейного вупреломления в YFeO_.
9^Ї?К.ТИ?.Ї5;5?5Р5?Р?В были выбраны модельные кристаллы иэики * магнетизма. антиферромагнетик Сг,0,, монокристаллы эрритов-гранатов V,Fe О,,, Y Fe йа О , эпитаксиальные илг-нки эрритов-гранатов (YBl) 3(FeGa)50,.,/GGG, (YDiPt Гді) (foC.*) о /п':'*.
слабый ферромагнетик ортоферрит иттрия YF>»0-
9Рі|ові%іє_ пол ожения1_вьшосиньіе_иа_ защиту і. Результати исследования невзаимного вращения плоскости поляризации света, линойного по электрическому полю в антиферромаг-нетхке Сг»03. Феноменологическое описание эффекта и выделение ферро- и антиферрокагиитного вкладов в невзаииное вращение. Теоретическое рассмотрение микроскопических механизмов аффекта.
-
Результаты исследования невзаикного вращения плоскости поляризации, квадратичного по электрическому и линейного по магнитному полю в Сг-О-. Теоретическое описание эффекта, основанное на учете движения антиферромагниткых доменных стенок, индуцированного электрическим и магнитным полем.
-
Результаты исследования линейных и квадратичных по параметру порядка оптических явлений в Сг-О.. возникающих при переходе кристалла в антиферрокагниткое состояние.
-
Результаты исследования невзаимных оптических явлений, связанных с проявлением магнитоэлектрической восприимчивости на оптической частоте.
-
Результаты исследования квадратичного по электрическону полю невзаииного вращения плоскости поляризации в монокристаллах ит-триевого и иттрий-галлиевого феррита-граната. Теоретическое рассмотрение механизмов магнитоэлектрического эффекта и электромагнитооптического эффекта в отдельных магнитных доменах и в областях) содержащих доменную стенку в режиме движения доменных стенок, а также в режима вращения намагниченности и режиме насыщения.
-
Результаты исследования линейного по электрическому полю невзаимного вращения плоскости поляризации света в эпитаксиальных пленках ферритов-гранатов. Теоретическое описание эффекта в модели, учитывающей влияние электрического поля на магнитную анизотропию пленок. Наблюдение второй оптической гармоники в эпитаксиальных пленках ферритов-гранатов.
-
Результаты исследования линейных и квадратичных магнитооптических явлений в слабом антиферромагнетике YFeO,. Феноменологическое описание эффекта Фарадея и магнитного линейного двупре-ломления в YFeO, Выделение ферро- и антиферромагнитного вкладов
в эффект Фарадея.
SSySSJ^-MS??!?? работы определяется следующим:
-
Экспериментально обнаружены новые оптические явления - невза-имное вращение плоскости поляризации света, индуцированное одновременным приложением к антиферромагнитному кристаллу электрического и магнитного поля, невзаимнов гиротропное двупреломлени -„ света, невзаимкый поворот плоскости поляризации и невзаимный круговой дихроизм, возникающие при отражении света от антиферро-магнетикоэ. Впервые определены величины компонент тензора МЭ восприимчивости на оптических частотах. Выявлены новые механизмы невзаимных оптических явлений - антиферромагнитный эффект Фарадея, антяферромагнитноб ниазавішос гр^р.ени» плоскости поляризации, индуцированное электрическим полон.
-
Впервые для исследования КЗ эффекта применена оптическая методика, позволившая обнаружить МЭ эффект в отдельных магнитных доненах яттриевого и иттрий-галлиевого ферритов-гранатов и наблюдать движение доменных стенок, вызванное приложением к кристаллу электрического и магнитного поля. Обнаружен и исследован линейный МЭ эффект в эпитаксиальных пленках ферритов-гранатов.
-
Ряд новых результатов получен в теоретическом описании наблюдаемых явлений. Разработана феноменологическая теория вращения плоскости поляризации света, индуцированного электрическим полем. Проведено модельное микроскопическое описание этого явления, позволившее выявить механизмы, ответственные за антиферромагнитный вклад в невзаимное вращение. Проведен количественный расчет полевых зависимостей локального МЭ эффекта в монокристаллах и пленках ферритов-гранатов, определены параметры теории и дана качественная картина образования интегрального МЭ эффект.
ГР?і?Хич?ская_ценнрсть_рабрту_ заключается в том, что в» результ ты значительно расширяют физические предсінвленип о взаимодействии света с магнитоупорядоченными средами, дают слоікчия о новых механизмах образования магнитооптических явлений и оі крывают новые возможности для изучения электронной структуры магнитных кристаллов. Ражиов значение имеет распространит» понятия МЭ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ В оЛпПСТЦ ОЛТИЧОСНИХ ЧЯСГОІ. II" nii-4'П
«яет, в принципе, существенно расширить класс НЭ материалов, включив туда помимо диэлектриков магнитные полупроводники, металлы и сверхпроводники.
В работе получен ряд новых, практически важных результатов, расширяющих наши представления о влиянии электрического поля на магнитную анизотропию и доменную структуру монокристаллов и пленок ферритов-гранатов. "Гигантский" линейный МЭ эффект и электромагнитооптический эффект, обнаруженный в эпитаксиальных пленках ферритов-гранатов>могут найти практическое применение в магнитооптических устройствах.
В работе исследован магнитооптический переключатель оптических каналов на основе VFeO, с эффективностью развязки «50 дБ, а также управляемый преобразователь линейной поляризации света в кругову».
Апробация_работу Материалы диссертации представлялись на международных, всесоюзных и российских конференциях, в том числе: на Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений (Харьков 1979, Донецк 1985, Калинин 1988 -приглашенный доклад, Ташкент 1991), Всесоюзной школе-семинаре "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Ташкент 1985, 1988, Новгород 1990), Всесоюзном семинаре "Магнитные фазовые переходы и критические явления (Махачкала 1989), Всесоюзной школе-сенинаре "Исследования физических свойств магнетиков магнитооптическими методами" (Москва 1986, )988), всесоюзном семинаре "Сегнетомагнетики и магнитные полупроводники (Москва 1986), Всесоюзном совещании по оптике анизотропных сред (Москва 1987), Всесоюзном научно-техническом семинаре по доменный и магнитооптическим устройствам (Москва 1988), IX всесоюзном научно-техническом семинаре "ЦКД/ВБЛ в системах обработки и хранения информации" (Алушта 1989), школе-семинаре по нпгнитооптике (Киев 1989),Международной конференции по магнитооптике ISMO (Киото 1987, Харьков 1991), Международной конференции по магнетизму (Эдинбург 1991),Международной конференции по магнит «электричеству MEIPIC (Аскона 1993), Всесоюзном совещании 'йптические свойства магнитных диэлектриков" (Киев 1989),Всесо-s-знрй сессии Научного Совета по магнетизму (Алуште 1990)
Материалы ' диссертацим неоднократно докладывались иа различных семинарах «ТИ им. А.Ф.Иоффе РАН , ЛЭТК им. В. И. Ульянова (Ленина), НИИ "Домен", Дортмундского университета (ФРГ), Университета Пари-Сюд (Франция) и др.
Структура_и рбьемдиссертауии Диссертация состоит из
введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 336 стр., в том числе 111 рисунков, 12 таблиц. Список цитированной литературы включает 268 наименований.
