Введение к работе
Актуальность темы. Магнитные полупроводники (МП), к которым относятся хромовые халькогенидные шпинели (XXIII) CdCrgSe^ HgCrgSe^ и НдС^Бд обладают рядом интересных свойств, связанных с взаимодействием носителей тока с магнитной подсистемой. Это взаимодействие проявляется в таких явлениях, как сильная зависимость края фундаментального поглощения от температуры и магнитного поля, гигантское магнитосопро-тивление, большие магнитооптические эффекты, усиление спиновых волн дрейфующими носителями заряда и т. д. Уникальные свойства магнитных полупроводников могут найти практическое применение в приборах, принцип действия которых основан на усилении спиновых волн потоком дрейфующих носителей, в магнитооптических модуляторах ИК-диапазона, элементах памяти, интегральных схемах, включающих магнитные и полупроводниковые элементы.
Реализация возможных .применений существующих магнитных полупроводников требует знания параметров их зонной структуры, а также понимания механизмов взаимодействия подсистем коллективизированных и локализованных (ответственных за магнетизм) электронов, что к настоящему времени ввиду сложности физической природы рассматриваемых объектов, недостаточно отработанной технологии их получения и недостатка экспериментальных данных еще не достигнуто.
Несмотря на то, что большое количество работ посвящены исследованию оптических и магнитооптических свойств МП, экспериментальные данные о параметрах зонной структуры в основном ограничиваются областью прозрачности и областью фундаментального края поглощения. Изучение магнитооптических эффектов (МОЭ) отражения в видимой и ультрафиолетовой областях спектра должно дать дополнительную информацию о положении энергетических зон в ХХІІІ и о природе большого фарадеевского вращения.
Насколько нам известно, в литературе отсутствуют данные экспериментального исследования МОЭ отражения в HgCroSe* и HgCrpS4 в широком
спектральном диапазоне. Помимо линейных МОЭ большой интерес представляет также изучение в МП квадратичных по намагниченности эффектов, обусловленных магнитным линейным двупреломлением (МЛДП). Исследование этих эффектов в ферро-, ферри- и антиферромагнетиках показали, что МЛДП в этих материалах аномально велико и в ряде случаев даже превышает линейные МОЭ. В МП МЛДП на отраженном свете не изучалось, в то время как это может дать дополнительную информацию о их энергетической структуре.
Кроме МП в настоящей работе проведены исследования магнитооптических свойств ряда магнитных диэлектриков - редкоземельных ортофер-ритов (РЗОФ) и ортохромитов (РЗОХ).
Редкоземельные ортоферриты и ортохромиты, обладающие уникальным разнообразием магнитных, оптических и магнитооптических и других свойств, представляют интерес как с научной, так и с практической точек зрения. В редкоземельных ортоферритах имеется благоприятное сочетание величин магнитной анизотропии и намагниченности для образования полосовых и цилиндрических магнитных доменов очень высокой подвижности, что наряду с высокой прозрачностью в видимой и ближней инфракрасной областях спектра, большими величинами эффектов Фарадея и Керра обусловливает использование этих материалов для элементов памяти вычислительных машин, в различных магнитооптических устройствах (модуляторах, затворах, управляемых транспарантах, перестраиваемых дифракционных решетках). Исследованию магнитооптических свойств РЗОФ посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ. Однако ряд вопросов остается невыясненным. В области полос поглощения РЗОФ обнаружена резкая анизотропия спектров экваториального эффекта Керра (ЭЭК) при спонтанном спин-переориентационном переходе (СПП) Г4-Г2, но поведение компонент тензора диэлектрической проницаемости при СПП изучалось только в видимой и ближней ультрафиолетовой областях. Исследование магнитооптической анизотропии в более высокоэнергетических областях может дать дополнительную информацию о больших МОЭ в слабых ферромагнетиках.
- 5 —
РЗОФ и РЗОХ принадлежат к одной группе соединений со структурой пабоискаженного перовскита и обладают подобными магнитными свойст-ами. Магнитооптические свойства РЗОХ, насколько нам известно, до на-голщего времени вообще не исследовались. В этой связи представляет пределенный интерес изучить, насколько магнитооптическая активность ЮА) РЗОХ определяется переходами в октакомплексах (СгОеГ и иссле-овать их магнитные фазовые состояния.
Известно, что введение ионов висмута и свинца в ферриты-гранаты, арганцевые перовскиты приводит к усилению их магнитооптической ктивности. Представляло интерес изучить МОА новых марганцевых перов-китов, содержащих ионы Bi^+ и РЬ^+-
Целью работы было исследование спектров линейных и квадратичных іагнитооптических эффектов в МП в области частот собственных оптических ереходов, а также исследование анизотропии линейных спектров МОЭ в ЗОФ при СПП Г4-Г2 в области W=4,0-5,5 эВ и изучение магнитооптиче-кой активности в некоторых редкоземельных ортохромитах и марганцевых еровскитах.
Научная новизна и практическая ценность работы. Исследованы ча-готные зависимости ЭЭК в HgC^Se,}, НдС^Эд и CdC^Se^ в спектральном иапазоне tiw=1,5-4,5 эВ при температурах 10-300 К. Для монокристалла gCr2Se4 по результатам измерения ЭЭК при двух углах падения света и ітическим измерениям рассчитаны спектральные зависимости диагональ-ых и недиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости ).Выделены частоты собственных переходов при"п\л/=1,8; 1,9; 2,3 и 2,9 эВ. оказано, что большая МОА в МП связана с переходами с переносом заряда 13) в октакомплексе (CrSeg)^".
Впервые проведено измерение квадратичного по намагниченности риентационного магнитооптического эффекта (ОМЭ) в магнитных полупро-одниках СсіС^Беди HgC^Se^ Для монокристалла НдС^Бедпри низких эмпературах обнаружены анизотропии и резкая температурная зависимость МЭ. Отметим, что величина ОМЭ в этих материалах сопоставимо с линей-ыми эффектами.
По результатам измерений ЭЭК при различных углах падения света рассчитаны спектры недиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости НдРеОз и ЕгРеОз в спектральной области nw=2,0-5,5 эВ. Обнаружена резкая анизотропия ЭЭК и компонент тензора диэлектрической проницаемости в РЗОФ при СПП Г4-Г2.
Впервые проведены измерения ЭЭК в РЗОХ LuCrC^, Lu^^Yq 15^^3 и Luq cYq cCrOo- Показано, что магнитооптическая активность в РЗОХ в об-ласти^\лг=4,0-4,8 эВ определяется разрешенным электродипольным переходом 2t2g-7t1u(3d-4p) в октакомплексе (CrOg) .
Проведено исследование магнитооптических свойств ряда новых висмут- и свинец- содержащих марганцевых перовскитов. Обнаружено усиление переходов с переносом заряда (ПЗ) в октакомплексе (MnOg)8' при введении ионов Вг+ и РЬ . Показано, что увеличение МОА марганцевых перовскитах в области tiw=4,0-5,0 эВ происходит при совместном наличии ионов Bi^+(Pb^+) и ионов Мп4+ и оно связано с переходами с ПЗ в октаэдри-ческом комплексе (MnOg) .
Полученные в работе экспериментальные результаты углубляют представления о природе МОА в МП, РЗОФ и РЗОХ и могут быть использованы при построении теории МОЭ в ферромагнетиках и слабых ферромагнетиках. Большие МОЭ, обнаруженные в магнитных полупроводниках и -марганцевых перовскитах, содержащих ионы висмута и свинца, могут найти практическое применение в магнитооптических устройствах.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на V Межд* народной конференции МММ - Интермаг (Питтсбург, США, 1991), на Международном симпозиуме по магнитооптике (Харьков, 1991), на ХІХ Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений (Ташкент, 1991), на Ломоносовских чтениях по физике твердого тела (Москва, МГУ, 1992).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, список которых приведен в конце автореферата.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Общий объем составляет 149 страниц машинописного текста, включающего 46 рисунков, 1 таблицу и список цитированной литературы, состоящей из 135 наименований