Магниторефрактивный эффект и магнитооптические спектры нанокомпозитов в видимой и ИК области спектра
![Диссертация: Магниторефрактивный эффект и магнитооптические спектры нанокомпозитов в видимой и ИК области спектра](https://niscu.ru/work/2902052/cover.png)
Магнитные нанокомпозиты, в которых ферромагнитные гранулы с размером, близким к однодоменному, хаотически расположены в диэлектрической матрице, представляют собой класс наноструктурных магнитных материалов с необычными и перспективными для практических приложений свойствами. Наличие в таких системах гигантского и туннельного магнитосопротивления, гигантского аномального эффекта Холла, большой… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
- 1. 1. Оптические спектры гранулированных сплавов. Методы эффективной среды и их обобщение
- 1. 1. 1. Методы эффективной среды в оптике дисперсных сред
- 1. 1. 2. Определение методов эффективной среды
- 1. 1. 3. Приближение Максвелла-Гарнетта
- 1. 1. 4. Приближение Бруггемана (ЕМА)
- 1. 1. 5. Симметризованное приближение Максвелла-Гарнетта (СМГ)
- 1. 1. 6. Размерный эффект в оптических спектрах
- 1. 2. Магнитооптические спектры гранулированных сплавов
- 1. 2. 1. Магнитооптические эффекты
- 1. 2. 2. Расчет полного тензора диэлектрической проницаемости в приближениях МГ, ЕМА и СМГ
- 1. 2. 3. Магнитооптические свойства гранулированных сплавов
- 1. 2. 4. Влияние магнитного поля на оптические свойства. Магниторефрактивный эффект
- 1. 1. Оптические спектры гранулированных сплавов. Методы эффективной среды и их обобщение
- 2. 1. Учет конфокальности эллипсоидальных частиц в симметризованном приближении Максвелла-Гарнетта (СМГ)
- 2. 2. Влияние размерного эффекта на диагональные и недиагональные компоненты тензора диэлектрической проницаемости
- 2. 3. Расчет оптических и магнитооптических спектров нанокомпозитных систем с учетом размерного эффекта
- 2. 4. Выводы к Главе 2
- 3. 1. Оптические спектры гибридных мультислоев
- 3. 2. Магнитооптические спектры гибридных мультислоев
- 3. 3. Выводы к Главе 3
- 4. 1. Особенности частотной зависимости МРЕ для нанокомпозитов
- 4. 2. Модель полубесконечного пространства и бесконечно тонкой пленки
- 4. 3. Зависимость МРЭ при малых углах падения света от магнитосопротивления нанокомпозита
- 4. 4. Сравнение рассчитанного эффекта с экспериментальными данными
- 4. 5. Выводы к Главе 4
Магниторефрактивный эффект и магнитооптические спектры нанокомпозитов в видимой и ИК области спектра (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Магнитные нанокомпозиты, в которых ферромагнитные гранулы с размером, близким к однодоменному, хаотически расположены в диэлектрической матрице, представляют собой класс наноструктурных магнитных материалов с необычными и перспективными для практических приложений свойствами. Наличие в таких системах гигантского [1−3] и туннельного [4] магнитосопротивления, гигантского аномального эффекта Холла [5−7], большой магнитооптической активности [8−11], аномального оптического поглощения [12] и др. представляет как фундаментальный, так и практический интерес. Магнитные гранулированные сплавы находят применение в средах для магнитной записи, в том числе с магнитооптическим считыванием информации. Они используются, как высокочувствительные магниторезистивные датчики и миниатюрные • магнитосчитывающие головки [3], селективные усилители и модуляторы света [13], приемники теплового излучения [14−21] и электрохромные дисплеи [22−23].
Принципиальным отличием нанокомпозитов от гранулированных систем металл-металл является наличие перехода металл-диэлектрик при определенной концентрации металла, называемой порогом перколяции. Вблизи этого перехода кардинально меняются все свойства нанокомпозитов. Наличие туннельных контактов вблизи порога перколяции, классического и квантового размерного эффекта приводит к многообразию наблюдаемых эффектов.
Наряду с трехмерными нанокомпозитами металл-диэлектрик, большой интерес представляют трехмерные системы ферромагнитный металл — немагнитный полупроводник и ферромагнитный металл — антиферромагнетик, а также квазидвумерные гибридные мультислои, в которых ультратонкие слои нанокомпозитов разделены диэлектрическими прослойками.
К настоящему времени отсутствует теоретическое описание оптических и особенно магнитооптических свойств таких систем. Создание теории является необходимым для интерпретации экспериментальных результатов, для поиска новых материалов, для разработки методов оптической спектроскопии неоднородных материалов, а также в связи с общей задачей описания взаимодействия электромагнитного излучения с неоднородными средами.
В данной работе проведено теоретическое исследование оптических и магнитооптических свойств ферромагнитных нанокомпозитов и систем на их основе, типа гибридных мультислоев (слои металла и диэлектрика). А также в ней предпринята попытка объяснения ряда экспериментальных k данных недавно полученных на кафедре магнетизма МГУ. В частности решались следующие задачи:
1.Рассчитывались оптические и магнитооптические спектры ферромагнитных нанокомпозитов в рамках методов эффективной среды с учетом квазиклассического размерного эффекта и производилось сравнение с экспериментом.
2. Проводилось исследование оптических и магнитооптических свойств гибридных мультислоев.
3. Для ферромагнитных нанокомпозитов рассчитывался новый эффект-магниторефрактивный эффект. Исследовалась его поляризационная и угловая зависимости.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В заключении приведем основные результаты диссертации.
1. Квазиклассический размерный эффект оказывает существенное влияние на оптический отклик гранулированной системы вблизи порога перколяции в ближней ИК области, но не существенен для оптических спектров разбавленных систем.
2. Показано, что размерный эффект изменяет амплитуду, профиль и даже знак магнитооптического сигнала в ближней ИК области спектра. Размерный эффект ярко выражен в системах с большим аномальным эффектом Холла. Учет всех поправок, связанных с размерным эффектом, позволяет лучше описать имеющиеся экспериментальные данные для оптических и магнитооптических свойств гранулированных сплавов.
3. МРЭ в нанокомпозитах обусловлен наличием туннельного магнитосопротивления, значительно больше чем в металлических слоях с гигантским магнитосопротивлением и может на два порядка превышать традиционные магнитооптические явления. Спин-зависящее туннелирование существует вплоть до оптических частот. Максимального значения МРЭ на отражении достигает для рполяризованного света при угле падения близком к углу падения Брюстера.
4. В условиях интерференции света МРЭ значительно возрастает, что позволяет усилить МРЭ.
5. Рассчитаны оптические и магнитооптические спектры гибридных систем в рамках макроскопической френелевской магнитооптики с использованием модифицированного метода эффективной среды. Аномально высокое оптическое поглощение и высокая магнитооптическая активность в гибридных мультислоях связаны с близостью композиционного состава слоев к порогу перколяции и наличием интерференции.
Список литературы
- А. Е. Berkowitz, А. Р. Young. Phys. Rev. Lett. 68 (1992) 3745.
- J. G. Xiao, J. S. Jiang. Phys. Rev. Lett. 68 (1992) 3749.
- A. B. Ведяев, A. Б. Грановский. Природа. 8 (1995) 72.
- A. Miller, A. Gerber. Phys. Rev. Lett. 76 (1996) 475.
- A. Pakhomov, X. Yan and Y. Xu. Appl. Phys. Lett. 67 (1995) 3497.
- A. Granovsky, F. Brouers, A. Kalitsov, M. Chiev. J. Magn, Magn. Mat. 166(1997) 193.
- A.B. Ведяев, А. Б. Грановский, A.B. Калицев, Ф. Брауерс. ЖЭТФ. 112(1997)2198.
- H.R. Khan, А. Granovsky, F. Brouers, E. Ganshina, J.P. Clerc, M.Kuzmichev. JMMM. 183 (1997) 127.
- E. Ganshina, A. Granovsky, V. Gushin, M. Kuzmichov, P. Podrugin, A. Kravetz, E. Shipil. Physica A. 241 (1997) 45.
- E. Ganshina, R. Kumaritova, A. Bogoroditsky, M. Kuzmichov, S. J.Ohnuma. Magn. Soc. Japan. 23 (1999) 379.
- A.Granovsky, M. Kuzmichov, J.P. Clerc. J. Magn. Soc. Japan. 23 (1999)382.
- А.Н.Драченко, А. Н. Юрасов, И. В. Быков, Е. А. Ганьшина, А. Б. Грановский, В. В. Рыльков, Д. В. Смирнов, Ж. Леотен, Б.Диени. Физика Твердого Тела 45 (2001) 897
- R.W. Tokarski, J. P. Marton. J. Vac. Sci. And Technol. 12 (1975) 643.
- L. Harris, R.T. McGinnes, B.M. Sigel. J. Opt. Soc. Amer. 38 (1948) 582.
- E.K. Plyer, J.J. Ball. J. Opt. Soc. Amer. 38 (1948) 988.
- L. Harris, J.K. Beasley. J. Opt. Soc. Amer. 42 (1952) 134.
- B.H. Синцов. Журнал прикл. Спектроскопии, 4 (1966) 503.
- Е. Ando. Jar. J. Appl. Phys. 11 (1972) 986.
- D.R. McKenzie. J. Opt. Soc. Amer. 66 (1976) 249.
- P. Strimer, X. Gerbaux. Infrared. Phys. 21 (1981) 37.
- R.E. Anderson, J.R. Crawford. Appl. Opt. 20 (1981) 2041.
- E.K. Sichel, J.I. Gittleman, J. Zelez. Appl. Phys. Lett. 31 (1977) 109.
- E.K. Sichel, J.I. Gittleman. Appl. Phys. Lett. 33 (1978) 564.
- J. С M. Gamett. Philos. Trans. R. Soc. London 203 (1904) 385.
- G.A. Niklasson, C.G. Granqvist. J. Appl. Phys. 55 (1984) 3382.
- D. A, G. Bruggeman. Ann. Phys. (Leipzig) 24 (1935) 636.
- P. Sheng. Phys. Rev. Lett. 45 (1980) 60.
- B.Dieny, S. Sankar, M.R.Mc.Cartney, D.J. Smith, P. Bayle-Guillemaud, A.E. Berkowitz. J. Magn. Magn Mat. 185 (1998) 283.
- И.В.Быков, E.A. Ганьшина, А. Б. Грановский, B.C. Гущин. ФТТ. 42(1999) 487.
- D. Bozec, V.G. Kravets, J.A.D. Matthew, S.M. Thompson, J. Appl. Phys.91 (2002) 8795.
- A. Грановский, В. Гущин, И. Быков, А. Козлов, Н. Кобаяши, Онума, Т. Масумото, М. Инуе. Физика твердого тела, 45 (2003) 867.
- А. Грановский, В. Гущин, И. Быков, А. Козлов, А. Юрасов, Ю. Калинин, М. Инуе. ЖЭТФ, 123 (2003) 1256. 33., Ю. и. Петров. Физика малых частиц. М.: Наука (1982) 359 с.
- J. Vlieger, D. Bedeaux. Thin SoHd Films. 69 (1980) 107.
- P. Sheng. Phys. Rev. В — Solid State. 22 (1980) 6364.
- L.J. Bergman. Phys. Rev. Lett. 44 (1980) 1285.
- J.M. Gerady, M. Ausloos. Phys. Rev. В — Solid State. 22 (1980)4950.
- J.M. Gerady, M. Ausloos. Surface Sci. 106 (1981) 319.
- P.J. Price. IBM J. Res. Develop, 4 (1960) 152.
- М.И. Каганов, М. Я. Азбель. ЖЭТФ 27 (1954) 00.
- А.Б. Грановский, М. В. Кузьмичев, А. Н. Юрасов. Вестник МГУ. Серия
- Физика. Астрономия. 6 (2000) 67.
- G. Fahsold, А. Bartel, О. Krauth, N. Magy and А. Pucci. Phys, Rev. В. 61(2000) 14 108.
- A.B. Соколов, Оптические свойства металлов, М., 1961
- М. Фарадей, Экспериментальные труды по электричеству. Т. З Пер. сангл.- Л.: Ленинградское из-во АН СССР, 1959
- А.К. Звездин, В. А. Котов, Магнитооптика тонких пленок, М., 1988
- Н. В. Старостин, Феофилов П. П., Магнитная циркулярнаяанизотропия в кристаллах, «Успехи физических наук», 1969, т. 97, в. 4
- Smith S. D., Magneto-Optics in crystals, в книге: Encyclopedia of Physics (Handbuch der Physik), v. 25, pt. 2a, B. — a. c. , 1967.
- C.B. Вонсовский, Магнетизм, М.: Наука, 1971
- Физическая энциклопедия, М.: Большая Российская энциклопедия, 1990−98
- Г. С. Кринчик. Физика магнитных явлений. М.: Изд-во МГУ (1985).
- Г. Кринчик, Л. В. Никитин, О. В. Касаткина. Поверхность. Физика, химия, механика. 7 (1985) 140.
- Р. М. Xui and D. Stroud. Appl. Phys. Lett. 50 (1987) 950.
- T. K. Xia, P. M. Xui, D. Stroud. J. Appl. Phys. 67 (1990) 2736.
- J.C. Jacquet, T. Valet. MR5 Symposium Proceeding 384 (1995) 477.
- A. Грановский, М. В. Кузьмичев, J.P. Clerc. ЖЭТФ. 116 (1999) 1762.
- M.Gester, A. Schlapka, R.A.Pickford, S.M. Thompson, J.P.Camplin, J.K.Eve, E.M. McCash, J.Appl. Phys. 85 (1999)5045.
- Н.Ф.Кубраков, А. К. Звездин, К. А. Звездин, В. А. Котов, ЖЭТФ 114(1998)1101.
- G.M. Genkin, Phys. Lett., A 241 (1998) 293.
- S.Uran, M. Gnmsditch, E. Fullerton, S.D. Bader, Phys.Rev.B 57 (1998)2705.
- V.G. Kravets, D. Bosec, J.A.D. Matthew, S.M. Thompson, H. Menard, A.B. Horn, A.F. Kravets, Phys. Rev. В 65 (2002) 54 415.
- Т. Yoshida, К. Nishimura, M Inoue, Book of Abstracts 47* МММConference, Tampa, Florida, Nov. 2002, p. 103.
- J. Camplin, S. Thompson, D. Loraine, D. Pugh, J. Collingwood, E. McCash, A. Horn J.Appl. Phys. 87 (2000) 4846.
- J.A. Osbom. Phys.Rev. 67 (1945) 351.
- A.B. Ведяев, А. Б. Грановский, O.A. Котельникова. Кинетическиеявления в неупорядоченных сплавах. М.: Изд-во МГУ (1992).
- F. Brouers, А. Granovsky, А. Sarychev, А. Kalitsov. Physica А. 241 1 997 284.
- М.М. Кириллова, Б. А. Чариков. Оптика и спектроскопия.17 (1964)254.
- А.В. Granovsky, A.B. Khanikaev, N. Kioussis, A.V. Kalitsov JMMMMagma (2003) 13 823
- A. Ханикаев, A. Грановский, Ж. П. Ютерк Физика твердого тела 44(2002) 1537.
- E.A. Ганьшина, А. Б. Грановский, Б. Диени, Р. Ю. Кумаритова, А. Н. Юрасов ФТТ. 42 (2000) 1860.
- В.М. Маевский. ФММ. 59 (1985) 213.
- А. Granovsky and М. Inoue. J. Magn. Soc. Korea 8 (2002) 45.
- Г. С. Кринчик, M.B. Четкий. ЖЭТФ 36 (1959) 1924.
- Г. А. Болотин. ФММ 39 (1975) 731.
- Г. С. Кринчик, B.C. Гущин. Письма в ЖЭТФ 10 (1969) 1969.
- М. Buttiker, R. Landauer, Phys.Rev.Lett. 49 (1982) 1739.
- А. Granovsky, А. Kozlov, А. Yurasov, М. Inoue, J.P. Clerc inNanostructured Magnetic Materials and their Applications, ed. Kluwer Academic Publishers, B. Aktas, L. Tagirov (2004) (in press).