Введение к работе
Введение. Данная работа посвящена одной из актуальных проблем физики твердого тела - исследованию магнитной структуры и электронных свойств металлических магнитных сверхрешеток. Металлические магнитные сверхрешетки представляют собой многослойные структуры, состоящие из чередующихся тонких слоев ферромагнитного и неферромагнитного металлов. Толщина одного слоя обычно составляет величину от единиц до нескольких десятков ангстрем. Указанные объекты обладают рядом замечательных свойств. Так, P.Griinberg etal. [ЛІ] впервые наблюдали обменное взаимодействие антиферромагнитного типа между слоями железа, разделенными прослойкой хрома. M.Baibich etal. [Л2] впервые получили на сверхрешетках Fe/Cr магнитосопротив-ление, составляющее десятки процентов. S.Parkin etal. [ЛЗ] обнаружили осцилляции обменного взаимодействия в зависимости от толщины немагнитной прослойки (спэйсера). Такие же осцилляции наблюдали W.Bennett etal. [Л4] в магнитооптическом полярном эффекте Керра на сэндвиче Fe/Cu/Fe.
Магнитооптические методы обладают высокой чувствительностью и селективностью к присутствию магнитных компонент, что делает их незаменимым инструментом при исследовании магнитной структуры сверхрешеток. Кроме того, спектральные зависимости магнитооптических свойств дают информацию об электронной структуре магнитных материалов.
В настоящей работе выполнено систематическое исследование магнитооптических свойств и магнитной структуры металлических сверхрешеток на основе Fe с немагнитной прослойкой из хрома
(переходный d-металл), меди (благородный металл) и алюминия (типичный р-металл). Целью работы ставилось изучение обменного взаимодействия Fe-Fe в зависимости от толщины магнитного и немагнитного слоев, изучение спектров недиагональной компоненты Єц тензора диэлектрической проницаемости сверхрешеток, а также
получение информации о гиромагнитных свойствах железа и магнито-рефракгивном эффекте в тонкопленочных слоистых структурах.
Отметим, что к началу нашей работы данные по магнитооптическим (спектральным) свойствам Fe/Cr и Fe/Al отсутствовали, а по Fe/Cu имелись ограниченные результаты.
Конкретные задачи данной работы состояли в следующей:
-
Применить магнитооптический метод к изучению неколлинеарной магнитной структуры слоистой системы с сильным межслоевым обменным взаимодействием: выполнить измерение углов иеколли-неарности 90 системы сверхрешеток Fe/Cr с переменной толщиной магнитного и немагнитного слоев.
-
Изучить магнитооптические (высокочастотные) свойства сверхрешеток Fe/X (Х=Сг,СгцА1) в зависимости от толщины ферромагнитного и/или неферромагнитного слоев.
-
Исследовать существование гиромагнитных свойств сверхтонких слоев Fe в многослойных структурах Fe/Cu.
-
Изучить полевую и спектральную зависимости магниторефрактив-ного эффекта на сверхрешетках Fe/Cr в ближней ИК области спектра.
Научная новизна.
-
Выполнено первое систематическое изучение магнитооптических свойств многослойных систем Fe/X СХ=Сг,СііАІ) в широком спектральном интервале Ьф =0.5-4.5 эВ.
-
Предложен метод определения характера магнитного упорядочения в металлических сверхрешетках, основанный на измерении экваториального эффекта Керра (ЭЭК) и определении угла % между векторами намагниченностей в соседних магнитных слоях. Показано, что в сверхрешетках Fe/Cr может реализоваться неколлинеарная магнитная структура с углами 6о=40-160.
-
Впервые в широком спектральном интервале, л со =0.83-4.13 эВ, обнаружены немонотонные (осцилляционного типа) зависимости магнитооптических свойств многослойных периодических структур (МПС) Fe/Cu от периода модуляции Д обусловленные влиянием квантового размерного эффекта и о-у фазового превращения в слоях Fe. Обнаружена немонотонная зависимость высокочастотных свойств (бойлер Rea„, 8р-эффекг) сверхрешеток Fe/Cr от толщины слоя железа и усиление магнитооптической активности железа, обусловленное размерным квантованием.
-
Впервые на основе измерения гиромагнитного 5,-зффекга в многослойных структурах Fe/Cu показано существование гиромагнитных свойств в слоях Fe вплоть до толщин /Fe ~ 8А в оптическом диапазоне частот.
-
Впервые измерен магниторефракгивный эффект на сверхрешетках Fe/Cr, являющийся высокочастотным (оптическим) аналогом маг-ниторезистивного эффекта.
Научная и практическая ценности. Научная ценность диссертационной работы состоит в дальнейшем развитии
магнитооптического метода применительно к изучению магнитного упорядочения и электронной структуры металлических сверхрешеток.
Предложенный в диссертации способ определения магнитной структуры сверхрешеток Fe/Cr на основе измерения экваториального эффекта Керра может найти применение для анализа межслоевого обмена в тонкопленочных слоистых системах (сэндвичах, сверхрешетках и др.) с сильным обменным взаимодействием.
Информация о влиянии а-у фазового превращения в слоях железа в системе Fe/Cu на величину ЭЭК и эффективную диэлектрическую проницаемость є среды, а также данные о высокой магнитооптической активности и гиромагнитных свойствах y-Fe представляют интерес для построения модели зонного спектра низкотемпературной фазы ГЦК-Fe и понимания физической природы высокочастотной магнитной проницаемости.
Результаты работы (величина ЭЭК и магниторефрактиного эффекта, их полевые и спектральные зависимости) по сверхрешеткам на основе железа могут быть полезны в качестве справочного материала при решении практических задач.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на 2-м Международном симпозиуме по металлическим мультислоям (Кембридж, 1995), на 15-й (Москва, 1996) и 16-й (Москва, 1998) школах-семинарах по новым магнитным материалам микроэлектроники, на 3-м Международном симпозиуме по металлическим мультислоям (Ванкувер, 1998), на Московском международном симпозиуме по магнетизму (Москва, 1999) и опубликованы в 13 работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 6-ти гаав, результатов и выводов, списка цитируемой литературы. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста, включая 37 рисунков, 4 таблицы и библиографию из 114 наименований. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ