Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. Литературный обзор 9
Актуальность наноразмерных систем и перспективы их применения 9
Магнитные нанокомпозиты 15
Магнитосопротивление нанокомпозитных материалов 24
Магнитооптические свойства нанокомпозитных материалов 28
Аморфные металлические сплавы 34
Магнитный импеданс в аморфных ферромагнитных сплавах 41
ГЛАВА 2. Методика эксперимента и описание установки 49
Магнитооптические эффекты Керра 49
Экспериментальная установка для измерения
экваториального эффекта Керра 51
2.3 Ошибки измерений 54
ГЛАВА 3. Магнитооптические свойства аморфных лент
на основе Со, обладающих эффектом ГМИ 55
Введение 55
Образцы 56
Спектральные зависимости ЭЭК 57
Полевые зависимости ЭЭК и магнитостатические измерения 60
Анизотропия спектров ЭЭК 67
Температурные зависимости ЭЭК 69
Обсуждение и основные результаты 71
ГЛАВА 4. Магнитные, оптические и магнитооптические
Свойства гранулированных сплавов на основе FePt,
обладающих эффектом ГМС 76
Введение 76
Образцы 77
Спектральные и концентрационные зависимости ЭЭК 78
Тензор диэлектрической проницаемости сплава (FePt)i_x(Si02)x 84
4.5 Сравнение смоделированных спектральных зависимостей
ЭЭК и экспериментальных результатов 87
Магнитооптические, оптические и магнитные свойства нанокомпозитов после термообработки 89
Основные результаты 96
ГЛАВА 5. Магнитооптические и магнитотранспортные
свойства гранулированные сплавов на основе Со 97
Введение 97
Образцы 98
Спектральные и концентрационные зависимости ЭЭК 99
Влияние отжига на магнитооптические и магнитотранспортные
свойства нанокомпозитных сплавов 105
5.5 Основные результаты 108
ГЛАВА 6. Магнитооптические свойства одномерных магнито
фотонных кристаллов и магнитных микрорезонаторов 109
Введение 109
Образцы ПО
Оптические и магнитооптические свойства пленки
висмут содержащего железоиттриевого граната 111
6.4 Магнитооптические свойства одномерного магнитофотонного
кристалла на основе Bii.f^.sFesOx 115
6.5 Магнитооптические свойства магнитного микрорезонатора
на основе пленки (FePt)ioc(Si02)x 120
6.6 Основные результаты 122
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 124
ЛИТЕРАТУРА 130
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ
АЭХ — аномальный эффект Холла
ГМИ — гигантский магнитный импеданс
ГМС — гигантское магнитосопротивление
ЕМА - приближение "эффективной среды"
ИК — инфракрасный
МО - магнитооптический
МРЭ -магниторефрактивный эффект
МС - магнитосопротивление
СМГ - симметризованное приближение Максвелла - Гарнетта
ТДП - тензор диэлектрической проницаемости
ЭЭК - экваториальный эффект Керра
Введение к работе
Актуальность темы. Устойчивый интерес к наноструктурам, возникший в последнее время, обусловлен возможностью значительной модификации и принципиального изменения качеств известных материалов при переходе в нанокристаллическое состояние. Отличительная черта низкоразмерных систем в том, что их свойства определяются не только свойствами элементов, входящих в их состав, но, в большей степени, поверхностью радела и размерами объемов, формирующими подобную структуру. В новых магнитных материалах, созданных благодаря нанотехнологиям, наблюдаются необычные физические явления, представляющие как самостоятельный научный интерес, так и важное практическое значение: гигантский магнитный импеданс (ГМИ), гигантское магнито-сопротивление (ГМС), гигантский аномальный эффект Холла (АЭХ), аномальные оптические эффекты, сильный магнитооптический отклик. В настоящее время такие магнитные материалы повсеместно синтезируются, активно изучаются их физические свойства, решаются задачи установления природы, механизмов проявления, теоретического описания этих физических явлений. Причины повышенного внимания связаны, прежде всего, с возможностями применения наноразмерных магнитных материалов в технике, например, при создании высокочувствительных датчиков магнитного поля и температуры, устройств для записи и считывания (магнитных головок), а также хранения информации (магнитных и магнитооптических дисков). Объектом интенсивных экспериментальных и теоретических исследований является вопрос взаимного слияния микроструктуры и магнитных, оптических и электрических свойств в пленочных наногранулированных материалах (кристаллиты, разделенные немагнитной прослойкой) на основе 3d металла.
Остается большое число нерешенных проблем в таких образцах, так как трудно предсказать свойства пленок, в которых значительную роль
5 играют взаимодействия наночастиц между собой, с матрицей и с подложкой, при огромном влиянии размерных и поверхностных эффектов, накладываемых частицами, их границами и поверхностью пленок. Изучение особенностей, связанных как с размером кристаллитов (гранул), так и с характером их пространственного распределения в нанокомпозитных пленочных сплавах нуждается в привлечении более широкого круга методик, чем в случае исследования свойств объемных материалов.
Известно, что исследование магнитооптических характеристик позволяет получить уникальную информацию об электронной и магнитной структуре, механизмах рассеяния носителей тока, характере межзонных переходов. Таким образом, изучение магнитооптических свойств нанокомпозитных материалов на основе 3d металлов и их пленочных и многослойных аналогов является актуальным и определяется как перспективами практического применения исследуемых структур, так и фундаментальным аспектом этих исследований.
Целью данной работы явилось исследование магнитооптических свойств и их изменений вследствие температурной обработки нескольких видов новых нанокомпозитных материалов на основе 3d металлов:
аморфных лент Co66Fe4B14Si15, обладающих асимметричным эффектом ГМИ;
гранулированных сплавов (FePt)i_x(Si02)x5 обладающих ГМС;
гранулированных сплавов на основе поликристаллического Со, внедренного как диэлектрическую — S1TI2O3, так и в полупроводниковую -ТіОг матрицу;
одномерных магнитофотонных кристаллов на основе висмут замещенного железоиттриевого граната Bii.c^.sFesOx и магнитных микрорезонаторов на основе (FePt)i.x(SiC>2)x.
Научная новизна и практическая ценность работы состоит в
следующем:
С помощью магнитооптических методов исследований выявлено существование неоднородного по толщине анизотропного нанокристаллической слоя, формирующегося вблизи поверхности рентгеноаморфных лент на основе Со в результате термообработки в слабых магнитных полях на воздухе. Установлена корреляция между магнитными свойствами обнаруженного приповерхностного нанокристаллического слоя и появлением асимметричного профиля гигантского магнитного импеданса в полях менее 10 Э.
Комплексное изучение магнитных, оптических и магнитооптических свойств позволило определить зависимость структурных фазовых превращений, происходящих в гранулированных сплавах на основе FePt в результате высокотемпературной обработки, от концентрации ферромагнитной составляющей.
Для нанокомпозитных материалов, отличающихся друг от друга элементным составом, как матрицы, так и металлической составляющей, обнаружена корреляция между пиком в концентрационной зависимости эффекта Керра, наблюдающимся вблизи порога перколяции в узком спектральном диапазоне, и концентрационным максимумом магнитосопротивления.
Впервые изучено поведение магнитооптического отклика в геометрии экваториального эффекта Керра (ЭЭК) для одномерных магнитофотонных кристаллов и магнитных микрорезонаторов. Обнаружено резонансное усиление эффекта Керра в магнитофотонном кристалле на основе висмут замещенного железоиттриевого граната в видимом диапазоне спектра.
Полученные результаты позволяют заключить, что магнитооптические исследования являются одним из эффективных методов комплексной диагностики свойств наноструктур. Результаты данной работы могут быть
7 использованы для развития технологий получения наноструктур необходимой конфигурации с заданными свойствами.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях: 15-th Soft Magnetic Materials conference (SMM) Bilbao, Spain (2001); ISPMM/ISAMPT 2001 conference (Taiwan); 46-th Magnetism and Magnetic Materials conference (МММ) Washington (2001); международная школа-семинар «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (НМММ) XVIII/XIX, Москва (2002/2004); Moscow International Symposium on Magnetism (MISM), Москва (2002); симпозиум «Порядок, беспорядок и свойства оксидов» (ODPO), Сочи (2002, 2003); международная конференции "Функциональные материалы" (ICFM), Крым, Украина (2003); International Symposium on Advanced Magnetic Materials (ISAM2) Yokohama, Japan (2003); TUT International Workshop on novel Electromagnetic Functions of Nano-scaled Materials, Toyohashi, Japan (2003); International Magnetics Conference (MMM-Intermag) California, USA, Nagoya, Japan (2004/2005); Euro-Asian symposium "Trends in Magnetism" (Eastmag) Красноярск, Россия (2004).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Полный объем работы -140 страниц машинописного текста, включая 52 рисунка, 4 таблицы и библиографию из 122 наименований.
Во введении обоснована актуальность изучения рассматриваемых в диссертации проблем, сформулирована цель работы. Обозначена научная новизна и практическая ценность работы, дана краткая характеристика основных разделов диссертации. Представлена степень апробации, количество публикаций и структура диссертации.
Первая глава диссертационной работы носит обзорный характер. В ней изложены основные результаты экспериментальных и теоретических
8 работ, посвященных исследованию свойств нанокомпозитных материалов на основе 3d металлов.
Во второй главе описана методика эксперимента и установка, позволяющая проводить измерения экваториального эффекта Керра в области энергий падающего света 0,5 - 4,5 эВ в присутствии переменного магнитного поля достигающего значений ~ 3 кЭ. Проведен анализ ошибок эксперимента.
В третьей главе приведены результаты исследований спектральных, полевых, ориентационных и температурных зависимостей экваториального эффекта Керра для аморфных лент Co66Fe4B14Si15, отожженных при Т=380С в слабых магнитных полях.
В четвертой главе представлены результаты исследований магнитных, оптических и магнитооптических свойств гранулированных пленок (FePt)i_x(Si02)x в неупорядоченном состоянии и после температурной обработки при 700С.
В пятой главе обсуждаются магнитные, магнитооптические и магнитотранспортные свойства нанокомпозитов на основе поликристаллического кобальта, внедренного в две различные матрицы: диэлектрическую (S1TI2O3) и полупроводниковую (ТіОг).
В шестой главе описаны магнитооптические свойства одномерных магнитофотонных кристаллов на основе висмут замещенного железо-иттриевого граната Bii.0Y2.5Fe5Ox и магнитных микрорезонаторов на основе гранулированного сплава (FePt)i_x(Si02)x> исследование которых проводилось впервые.
В заключении кратко сформулированы основные результаты диссертационной работы.
