Введение к работе
Актуальность темы. Магнитооптические метода исследования широко применяются при решении различных задач в области физики магнитных явлений. С их помощью наблюдаются домены и доменные границы, исследуются процессы намагничивания, электронная энергетическая структура твердых тел.
В настоящее время особое внимание уделяется изучению магнитооптических свойств ультрадисперсных сред. Это связано с тем, что ультрадисперсные среды, такие как, магнитные жидкости, гетерогенные стекла, островковые пленки, частицу магнитных металлов и окислов, широко применяется в различных областях науки я техники.
Интерес к исследованию магнитооптических эффектов на этих средах, размер структурных или магнитных кеоднородностей в которых не превышает 1000 А , обусловлен тем, что у них наблюдается ряд интересных свойств, отличающих ультрадисперсную среду от массивного материала. Так, при исследовании магнитооптических эффек-тов отражения на ультрадисперсных средах были .обнаружены новые эффекты, такие как, рост экваториального эффекта Керса (ЭЭК) относительно его величины на массивных материалах, появление эффекта на S -компоненте падающего света при экваториальном намагничивании и т.д.
В данный момент накоплен большой экспериментальный материал по изучению магнитооптических свойств различных ультрадисперсных структур. Однако, теоретические и экспериментальные исследования поведения магнитооптических спектров отражения на ультрадисперсных средах, для оптических констант материала которых выполнено условие слабого поглощения, не наяли пока своего отражения в литературе. Такие не изучены эффекты ггрохозденля на металлических ультрадисперсных структурах. Это определяет актуальность дальнейших теоретических и экспериментальных исследований результатом хоторцх явилось бы описание особенностей магнитооптического поведения ультрадисперсных сред, возможность прогнозирования их магнитооптических свойств.
Помимо сред со структурными неоднородностями, существуют тагске среды, неоднородности в которых имеют чисто магнитный характер. Такие среды могут возникать при взаимодействии потоков заряженных частиц с поверхностью твердого тела, за счет накопления и объединения радиационных дефектов вплоть до выделения
второй фазы в виде ультрадисперсных включений, что может сильно повлиять на магнитооптические свойства таких сред. Прежде всего, это касается поверхностных слоев, подвергнутых ионной имплантации. Исследование особенностей магнитооптического поведение ионно-импдантированкых структур с магнитными неоднородностями представляет большой научный и практический интерес. Это связано с тем, что ионная имплантация широко применяется для подавления так называемых "жестких" ЦМД б устройствах магнитной памяти на основе различных феррит-гранатовых пленок.
Актуальность исследования магнитооптических свойств неоднородных магнитных структур определяется также необходимостью создания новых чувствительных методов контроля микронеоднородных сред и возможностью изучения электронной окергетической структуры малых ферромагнитных частиц. .
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы яз-лялось экспериментальное и теоретическое исследование ЭЭК и аффекта Фарадея (ЭФ) на различных ультрадисперсных средах. В качестве таких сред были рассмотрены ультрадисперсные структуры магнитных окислов, для оптических констант материала которых выполняется условие К5« ГС а также металлические островковые пленки и структуры, возникающие на поверхности ферритов-гранатов при ионной имплантации.
В задачу работы входило:
исследование в рамках теоретической модели Максвелла-Гарнетта поведения магнитооптических спектров ЭЗК и ЗФ на улотрадисперскых средах, для оптических констант материала которых справедливо соотношение Кг « t\7 ;
экспериментальное исследование магнитооптических и оптических свойств ансамблей частиц'магнетита с раз гали коэффициентами объемного заполнения и оптическими константам;* окружающей частицы среды;
теоретическое и экспериментальное исследование Э5 на островко-вых пленках железа;
исследование магнитооптических и оптических свойств поверхности имплантированных феррит-гранатовых пленок;
вычисление компонент тензора диэлектрическо!* проницаемоси длл имплантированных пленок ферритов-гранатов;
исследование влияния ионной имплантации на маг.итооптические эффекты прохождения, и отражения в области прозрачности ферритов-
гранатов.
Научная новизна и практическая ценность работы. Б работе в рамках теоретической модели Максвелла-Гарнетта впервые рассмотрены особенности поведения магнитооптических спектров ЭЭК и ЭФ для ультрадисперсных сред, оптические константы материала которых удовлетворяют условию Kz« п2 Для каждого из указанных выше эффектов установлена простая взаимосвязь мезду величинами эффекта на ультрадисперсной среде и соответствующем массивном материале. Сформулированы услозия эксперимента существенно упрощающего анализ экспериментально получаемых результатов, что важно для исследования магнитных свойств ультрздисперсной среды и электронной энергетической структуры малых частиц.
Проведено экспериментальное исследование магнетитових магнитных жидкостей я их осадков. Показано, что полученные экспериментальные результаты хорошо согласуются с проведенными теоретическими расчетами.
Впервые показано, что на только в области прозрачности, но и в случае слабого поглощения материала частиц, при близости ко-эйициента преломления окружающей среды и материала частиц, 35 на ультрадисперсной среде и соответствующем магнетике подобны. При этом величины магнитооптической фарадеевской добротности ультрадисперсной среды и соответствующего массивного материала равны мзяду собой.
Теоретически и экспериментально рассмотрен ЭЗ на островко-вых пленках лелеза. Показано, что спектральные зависимости эффекта существенно отличаются от аналогичных зависимостей для массивного материала.
В работе такие рассмотрены оптические я магнитооптические свойства имплантированных феррит-гргшатовых пленок состава ЬШИ (kGe)iOiz , (>К1Сг^гг,)л(Рг6г&1>яЗи и &&iCoS,wh(feGeS\.\iOiz . Показано, что имплантация существенно влияет на магнитооптические свойства этих пленок и практически не изменяет оптические характеристики. Обнаружено, что в области энегий K»ys2,6 зВ на спектральных зависимостях ЭЭК для вышеназванных составов наблюдается отрицательный магнитооптический максимум,' который с увеличением дозы имплантации вначале уменьшает свою величину, а затем сменив знак достигает нового положительного значения. При этом для некоторых доз имплантации наблюдается нелинейная зависимость ЭЭК от намагниченности. Для исследованных структур определены компоненты тензо-
- б -
pa диэлектрической проницаемости (ТДП). Исследовано влияйте иоккой "имплантации на магнитооптические эффекты прохождения и отражения . в области прозрачности ферритов-гранатов. Впервые обнаружено влияние ионной имплантации на поведение рассмотренных эффектов при различных ориентациях плоскости поляризації» падающего света. Рассмотрена теоретическая модель описывающая наблюдаемые экспериментальные результаты.
Исследована возможность применения магнитооптических методов для контроля структуры и магнитных превращений, вызванных имплан-тацией.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на XIII Всесоюзной Еколе-семннаре "Новые магнитике материалы микроэлектроники (магнитные пленки)" (Астрахань, 1992 г.) и на УІ международной конференции "Магнитные жидкости" (Париж, 1992г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 научные работы, приведенные в конце автореферата.
Структура я объем работы.Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 165 страниц текста, в том числе 47 рисунхоп и список литературы из 161 наименований.