Оптическая и магнитооптическая спектроскопия магнитных нанокомпозитных материалов
Диссертация
Целью работы являлось комплексное исследование оптических и магнитооптических свойств и их эволюции при изменении, как внешних условий, так и внутренних параметров различных типов новых магнитных нанокомпозитных материалов: гранулированных систем типа «аморфный ферромагнитный (ФМ) металл — диэлектрик», «ФМ металл — диэлектрик», мультислойных систем типа «аморфный, ФМ металл — диэлектрик… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. Обзор основных физических свойств магнитных нанокомпозитных материалов
- 1. 1. Актуальность и перспективы применения наноразмерных материалов
- 1. 2. Структурные свойства
- 1. 3. Магнитные свойства
- 1. 4. Электрическое сопротивление
- 1. 5. Магниторезистивные свойства
- 1. 6. Оптические свойства
- 1. 7. Магнитооптические свойства
- ГЛАВА 2. Экспериментальные методики
- 2. 1. Эллипсометрический метод Битти
- 2. 2. Описание экспериментальной установки по измерению оптических констант п и к
- 2. 3. Методика проведения измерений ЭЭК
- 2. 4. Описание экспериментальной установки для измерения
- ГЛАВА 3. Гранулированные наноструктуры
- 3. 1. Введение
- 3. 2. Образцы
- 3. 3. Экспериментальные результаты и их обсуждение
- 3. 3. 1. Экваториальный эффект Керра в гранулированных нанокомпозитах ферромагнетик — диэлектрик
- 3. 3. 2. Оптические свойства гранулированных нанокомпозитов
- 3. 3. 3. Недиагональные компоненты ТДП гранулированных наноструктур
- 3. 3. 4. Влияние отжига на оптические и МО свойства гранулированных систем
- 3. 3. 5. Теоретическое описание оптических и МО свойств гранулированных систем
Список литературы
- Алферов Ж.И., Асеев A.JL, Гапонов С. В., КопьевП. С, Панов В. И., Полторацкий Э. А., Сибельдин Н. Н., Сурис Р. А. Наноматериалы и нанотехнологий // Микросистемная техника, 2003, 8, 3−13.
- Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления развития / Под ред. М. К. Роко, Р. С. Уильямса и П. Аливисатоса / Пер. с англ. М.: Мир, 2002, 292.
- ГлинкБ., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение / Пер. с англ. М.: Мир, 2002, 589.
- И.В. Золотухин, Ю. Е. Калинин, А. В. Ситников, Нанокомпозитные структуры на пути в наноэлектронику // Природа, 2006,1, 11−19.
- Золотухин И.В., Калинин Ю. Е., Стогней О. В. Новые направления физического материаловедения: Учебное пособие. Воронеж: Издательство Воронежского гос. университета, 2000, 360.
- Ю. Е. Калинин, А. Т. Пономаренко, А. В. Ситников, О. В. Стогней, Гранулированные нанокомпозиты с аморфной структурой // Физика и химия обработки материалов, 2001, 5,14.
- Saito Т., Kitakami О., Shimada Y., Grain growth and Ll0 ordering in FePt-Si02 granular films // J. Magn. Magn. Mat. 2002, 239, 1−3, 310−312.
- Milner A., Gerber A., Groisman B. et al., Spin-dependent electronic transport in granular ferromagnets // Phys. Rev. Lett. 1996, 76, 3, 475−478.
- Yu.E. Kalinin, К.A. Sitnikov, J.A. Fedotova, А.К. Fedotov, Influence of reactive gases on the properties of CoFeZr-Alumina nanocomposites // Book of Abstracts: E-MRS Fall Meeting 2006, 48−49.
- Strijkers G.J., Kohlepp J.T., Swagten H.J.M., de Jonge W. J. M. Origin of Biquadratic Exchange in Fe/Si/Fe II Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 1812.
- Gareev R.R., Bugler D.E., Buchmeier M., Olligs D., Schreiber R., Grunberg P. Metallic-Type Oscillatory Interlayer Exchange Coupling across an Epitaxial FeSi Spacer // Phys. Rev. Lett., 2001, 87, 157 202.
- R.R. Gareev, D.E. Bugler, M. Buchmeier, R. Schreber, P. Grunberg, Very strong interlayer exchange coupling in epitaxial Fe/FeixSix/Fe trilayers (x=0.4−1.0) // J. Magn. Magn. Mater. 2002, 240, 235.
- О.В. Стогней, Ю. Е. Калинин, А. В. Ситников, И. В. Золотухин, А. В. Слюсарев, Резистивные и магниторезистивные свойства гранулированных аморфных композитов CoFeB-SiO" // Физика металлов и металловедение, 2001, 91, № 1, 24—31.
- Калинин Ю.Е., Ситников А. В. // Новые магнитные материалы микроэлектроники. Сб. трудов XIX международной школысеминара, 28 июня — 2 июля 2004 г. М., 2004. С.354—356.
- P.M.Levy, Giant magnetoresistance in magnetic layered and granular materials // Solid State Physica, 1994, 47, 367−462.
- А. Б. Грановский, А В. Ведяев, А. В. Калицов, Анизотропия гигантского магнитосопротивления в магнитных многослойных структурах и гранулированных пленках // ФТТ, 1995, 37, 337.
- М. A. Gijs, Е. W. Bauer, Perpendicular giant magnetoresistance of magnetic multilayers //Adv. Phys. 1997, 46, 285.
- Gittleman J.L., Goldstain Y., Bozowski S. Magnetic roperties of Granular Nikel Films //Physical Review B, 1972, B5, 3609−3621.
- Helman J.S., Abeles B. Tunneling of Spin-Polarized Electrons and Magnetoresistance in Granular Ni Films // Phys.Rev.Lett. 1976, 37, 21, 1429.
- Sheng P., Abeles B. and Arie Y. Hopping conductivity in granular Metals // Phys. Rev. Lett. 1973, 31, 1, 44−47.
- Kalinin Yu.E., Sitnikov A.V., Stognei O.V., Zolotukhin I.V., Neretin P.V., Electrical properties and giant magnetoresistance of the CoFeB-Si02 amorphous granular composites // Mat. Scien. Engin. 2001,304−306, 941−945.
- J.C. Jacquet, T. Valet. A new magnetooptical effect discovered on magnetic multilayers: the magnetorefractive effect // Magnetic Ultrathin Films, Multilayers and Surfaces ed. Marinero E. Pittsburgh, PA: MRS Symposium Proceeding, 1995, 384, 477 490.
- G.A. Niklasson, C.G. Granqvist, Optical properties and solar selectivity of coevaporated Со-А12Оз composite films // J. Appl. Phys. 1984, 55, 3382.
- J. C. M. Garnett. Philos. Trans. Royal «Colours in metal glasses and in metal films» Soc. London, 1904, 203, 385.
- D. A. G. Bruggeman, Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen. I. Dielektrizitatskonstanten und Leitfahigkeiten der Mischkorper aus isotropen Substanzen // Ann. Phys., 1935, 24, 636.
- T.K. Xia, P.M. Hui and D.S. Stroud, Theory of Faraday rotation in granular magnetic materials // J. Appl. Phys. 1989, 67, 2736.
- P. Sheng, Pair-cluster theory for the dielectric constant of composite media // Phys. Rev. B, 1980, 22, 6364.
- P. Sheng, Theory for the Dielectric Function of Granular Composite Media // Phys. Rev. Lett. 1980, 45, 60.
- U. J. Gibson and R. A. Buhrman, Optical response of Cermet composite films in the microstructural transition region // Phys. Rev. B, 1983, 27, 5046−5051.
- Ю. И. Петров, Физика малых частиц. M.: Наука, 1982, 359.
- Ю. И. Петров, Оптика и спектроскопия, 1969, 27, 665−673.
- J. P. Marton, J. R. Lemon, Optical Properties of Aggregated Metal Systems. I. Theory // Phys. Rev. B, Solid State, 1971, 4, 271−280.
- J. P. Marton, J. R. Lemon, Optical properties of aggregated metal systems: Real metals //J. Appl. Phys., 1973, 44, 3953−3959.
- B. D. Jordan, J. P. Marton, Optical properties of aggregated metal systems: Interband transitions//Phys. Rev. B, Solid State, 1977,15, 1719−1727.
- Ю. И. Петров, Кластеры и малые частицы, M.: Наука, 1986, 368.
- Кринчик Г. С. Физика магнитных явлений, M.: Изд-во МГУ, 1985.
- Р. M. Hui and D. Stroud, Theory of Faraday Rotation by Dilute Suspensions of Metal Spheres // Appl. Phys. Lett. 1987, 50, 950.
- V.G Kravets, A.K. Petford-Long, A.F. Kravets, Optical and magneto-optical properties of (CoFe)A (Hf021 magnetic granular films // Journ.App.Phys., 2000, 87 № 4,1762−1768.
- Т.К. Xia, P.M. Hui and D.S. Stroud, Theory of Faraday rotation in granular magnetic materials // J. Appl. Phys. 1990, 67, 2736.
- A. Granovsky, M. Kuzmichov, J.P. Clerc. J. Magn. Soc. Japan 23 (1999) 382.
- Кринчик Г. С., Никитин Л. В., Магнитооптическое исследование ферромагнитных катализаторов // ФТТ, 1978, 20, вып.8.
- Никитин JI.B., Касаткина О. В., Магнитооптическое исследование мелкодисперсных структур железа // Тезисы докладов XV Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений, 1981.
- Г. С. Кринчик, JI.B. Никитин, О. В. Касаткина, Магнитооптические эффекты при диффузном отражении света // Оптика и спектроскопия, 1983.
- Г. С. Кринчик, JI.B. Никитин, JI.C. Касаткина // Поверхность: физика, химия, механика, 1985, № 7, 140.
- Никитин JI.B., Накашидзэ О. М., Непийко С. А., Остраница А. П., Исследование островковых плёнок кобальта магнитооптическим методом // Свойства малых частиц и островковых плёнок, 1985.
- Никитин Л.В., Накашидзэ О. М., Непийко С. А., Остраница А. П. Магнитооптические свойства островковых плёнок никеля // Тезисы докладов X Всесоюзной школы семинара «Новые магнитные материалы для микроэлектроники», 1986.
- Е. Gan’shina, A. Granovsky, V. Gushin, М. Kuzmichev, P. Podrugin, A. Kravetz, E. Shipil, Optical and magneto-optical spectra of magnetic granular alloys // Physika A, 1997, 241, 45−51.
- Ганылина Е.А., Грановский А. Б., Диени Б., Кумаритова Р. Ю., Юрасов А. Н., Особенности магнитооптических спектров гибридных мультислоев Co/Si02 // ФТТ, 2000, 42, вып. 10, 1860.
- Н. Akinaga, М. Mizuguchi, Т. Manado, Е. Gan’shina, A. Granovsky, I. Rodin, A. Vinogradov and A. Yurasov, Enhanced magnetooptical response of magnetic nanoclusters embedded in semiconductor // Journ.Magn.Magn.Mat., 2002, v.242−245, 470.
- И.В. Быков, E.A. Ганылина, А. Б. Грановский, Гущин B.C., Магниторефрактивный эффект в гранулированных пленках с туннельным магнитосопротивлением // ФТТ, 2000, 42, вып. З, 48.
- А.Б. Грановский, И. В. Быков, Е. А. Ганылина, В. Гущин, А. Козлов, А. Юрасов, Ю. Калинин, М. Инуе, Магниторефрактивный эффект в магнитных нанокомпозитах // ЖЭТФ, 2003,123, № 6, 1256.
- E. Gan’shina, R. Kumaritova, A. Bogorodisky, M. Kuzmichov, S. Ohnuma, Magneto-optical spectra of insulating granular system Co-Al-O // The Journal of the Magnetics Society of Japan, 1999, 23, 379.
- T.V.Murzina, E.A.Gan'shina, V.S.Guschin, T.V.Misuryaev, O.A.Aktsipetrov, Non-linear magnetooptical Kerr effect and second harmonic generation interferometry in Co-Cu granular films // Appl. Phys. Lett. 1998, 73, 3769.
- Аззам P., Башара H. Эллипсометрия и поляризованный свет. М.: Мир, 1981.
- М.Борн, Э.Вольф. Основы оптики, М.: Наука, 1973.
- Beatti Y.R. Optical Constants of Metals in Infrared-Experimental methods // Phil. Mag., 1955, 460, 235−245.
- A. Pakhomov, X. Yan, Y. Xu, Observation of giant Hall effect in granular magnetic films // J. Appl. Phys. 1996, 79, 6140.
- E. Ganshina, A. Granovsky, В. Dieny, R. Kumaritova, A. Yurasov, Magneto-optical spectra of discontinuous multilayers Co/Si02 with tunnel magnetoresistance // Physica B, 2001, 299, 260.
- L. M. Socolovsky, J. C. Denardin, A. L. Brandl and M. Knobel, Magnetotransport, magnetic, and structural properties of TM-Si02 (TM=Fe, Co, Ni) granular alloys // Mat.Char. 2003, 50, 117.
- A. L. Brandl, J. C. Denardin, M. Knobel, M. E. R. Dotto and M. U. Kleinke, Study of interactions in Co-Si02 granular films by means of MFM and magnetization measurements // Physica B, 2002, 320- Issues 1−4, 213.
- S. Asakura, S. Ishio, A. Okada and H. Saito, Magnetic domain percolation of Cox (Si02)ioo-x granular films // J. Magn. Magn. Mater. 2002, 240, 1−3, 485.
- J. C. Denardin, A. B. Pakhomov, M. Knobel, H. Liu and X. X. Zhang, Ordinary and extraordinary giant Hall effects in Co-Si02 granular films // J. Magn. Magn. Mater. 2001, 226−230, 680.
- A.P. Lenham, D.M. Treherne, The optical properties of the transition metals // Proceedings of the International Colloquium «Optical properties and electronic structure of metals and alloys», 1965, 196−201.
- Ганыпина E.A., Джураев Д. Н., Кринчик Г. С. Оптические и магнитооптический свойства неупорядоченных сплавов на основе железа// Деп. В ВИНИТИ21.04.1987, 2782, 87, 31−35.
- Даринский Б.М., Калинин Ю. Е., Кудрин A.M., Ремизов А. Н., Ситников А. В., Влияние термической обработки на плотность локализованных состояний в нанокомпозитах (Co45Fe45ZrIo)x (Al203)ioo-x Н Известия ТулГУ. Серия Физика. 2006, вып. 6, 3.
- Y. Wang, X. X. Zhang, X. Yan R. J. Zhang, L. Y. Chen, Y. X. Zheng, S. Y. Wang, S. M. Zhou, Y. M. Yang and N. Dai, Study of optical properties of metallic Aux (Si02)bx and Nix (Si02)bx films // Phys. B, 2000, 279, 113−115.
- Домашевская Э.П., Сторожилов C.A., Турищев С. Ю., Кашкаров В. М., Стогней О. В., Калинин Ю. Е., Молодцов СЛ. Межатомное взаимодействие на границах гранул в нанокомпозитах (Co4iFe39B2o)i-x
- SiC>2)x II Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии. VI Международная конференция. Кисловодск-Ставрополь: СевКавГТУ, 2006.
- С.Р. Luo and D.J. Sellmyer, Structural and magnetic properties of FePt: Si02 granular thin films // J. Appl. Phys. Lett. 1999, 75, 20, 3162−3164 .
- Ristau R.A., Barmak K., Lewis L. H, Coffey K.R. and Howard J.K., On the relationship of high coercivity and L10 ordered phase in CoPt and FePt thin films // J. Appl. Phys. 1999, 86, 8, 4527−4533.
- Abeles В., Sheng P., Coutts M.D. and Arie Y. Structural and electrical properties of granular metal films // Advances in Physics, 1975,24, 407−461.
- Sarychev A.K. and Vinogradov A.P. Effective Medium Theory for the Magnetoconductivity Tensor of Disordered Materials // Physica Status Solidi, B, 1983,117,K113-K118.
- А. Б. Грановский, M. В. Кузьмичев, A. H. Юрасов, Влияние квазиклассического размерного эффекта на оптические и магнитооптические свойства гранулированных сплавов // Вестник МГУ Серия 3. Физика. Астрономия, 2000, 6, 67.
- Inomata К., Yusu К., Saito Y. Magnetoresistance Associated with Antiferromagnetic Interlayer Coupling Spaced by a Semiconductor in Fe /Si Multilayers //Phys. Rev. Lett. 1995, 74, 1863.
- L.N. Tong, M.H. Pan, J. Wu, X.S. Wu, J. Du, M. Lu, D. Feng, H.R. Zhai, H. Xia, Magnetic and transport properties of sputtered Fe/Si multilayers // Eur. Phys. J. B. 1998, 5,61.
- Вызулин С.А., Лебедева E.B., Максимочкина A.B., Перов Н. С., Сырьев Н. Е., Трофименко И. Т. Особенности ферромагнитного резонанса в многослойных пленках CoFeZr-a-Si // Труды симпозиума «Порядок, беспорядок и свойства оксидов», Сочи, 2006, Т.2, 150.
- Борискина Ю.В., Ерохин С. Г., Грановский А. Б., Виноградов А. П., Инуе М. Усиление магниторефрактивного эффекта в магнитофотонных кристаллах // Физика тв. тела. 2006, 48, вып.4, 674.
- Y. Matsumoto, M. Murakami, T. Shono, T. Hasegawa, T. Fukumura, M. Kawasaki, P. Ahmet, T. Chikyow, S. Koshihara, H. Koinuma, Room Temperature Ferromagnetism in Transparent Transition Metal-doped Titanium Dioxide // Science, 2001, 291, 854.
- W.K. Park, RJ. Ortega-Hertogs, J.S. Moodera, A. Punnoose and M.S. Seehra, Semiconducting and Ferromagnetic Behavior of Sputtered Co-doped Ti02 Thin Films Above Room Temperature // J.Appl. Phys. 2002, 91, 8093.
- A. Punnoose, M.S. Seehra, W.K. Park and J.S. Moodera, On the room temperature ferromagnetism in Co-doped Ti02 films // J. Appl. Phys. 2003, 93, 7867−7869.
- Stampe P. A, Kennedy R.J., Xin Yan, and Parker J.S. Investigation of the cobalt distribution in the room temperature ferromagnet Ti02: Co // J. Appl. Phys. 2003, 93, 7864.
- T.Fukumura, H. Toyosaki and Y. Yamada, Magnetic oxide semiconductors // Semicond. Sci. Technol. 2005, 20, S103-S111.
- P.R. Bandaru, J. Park, J.S. Lee, Y.J. Tang, L. H. Chen, S. Jin, S.A. Song, and J. O’Brien, Enhanced room temperature ferromagnetism in Co- and Mn-ion-implanted silicon // Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 112 502.
- M.Bolduc, C. Awo-Affouda, A. Stollenwerk, M. B. Huang, F. G. Ramos, G. Agnello, V. P. LaBella, Above room temperature ferromagnetism in Mn-ion implanted Si // Phys.Rev. 2005, B71, 33 302.
- H.Braak, R. Gareev, D. E, Burgler R. Schreiber, P. Grunberg and C.M. Schneider, Magnetic characteristics of epitaxial Ge (Mn, Fe) diluted films —a new room temperature magnetic semiconductor? // J. of Magnetism and Magnetic Materials, 2005, 286, 46.
- A.Urushibara, Y. Moritomo, T. Arima, A. Asamitsu, G. Kido and Y. Tokura, Insulator-metal transition and giant magnetoresistance in La^SrJVlnOs // Phys.Rev. 1995, B51, 14 103.
- S. Sonoda, S. Shimizu, T. Sasaki Y. Yamamoto and H. Hori, Molecular Beam Epitaxy of Wurtzite (Ga, Mn) N Films on Sapphire (OOOl) Showing the Ferromagnetic Behaviour at Room Temperature // arXiv.org/abs/cond-mat, 2001,108 159.
- S-J. Han, S.W.Song, C.-H. Yang S. H. Park, J.-H. Park, Y. H. Jeong, K. W. Rhie, A key to room-temperature ferromagnetism in Fe-doped ZnO: Cu // Appl.Phys.Lett. 2002, 81, 4212.
- D.Kumar, J. Antifacos, MJ. Blamir, Z.H.Barber, High Curie temperatures in ferromagnetic Cr-doped A1N thin films // Appl. Phy s.Lett. 2004, 84, 5004.
- N.H.Hong, J. Sakai, A. Hassini, Ferromagnetism at room temperature with a large magnetic moment in anatase V-doped Ti02 thin films // Appl.Phys.Lett. 2004, 84, 2602.
- Z.Wang, J. Tang, H. Zhang, V. Golub, L. Spinu, L.D.Tung, Ferromagnetism in chromium-doped reduced-rutile titanium dioxide thin films // J.Appl.Phys. 2004, 95, 7381.
- Z.Wang, J. Tang, Y. Chen, L. Spinu, W. Zhou, L.D. Tung, Room-temperature ferromagnetism in manganese doped reduced rutile titanium dioxide thin films // J.Appl.Phys. 2004, 95, 7384.
- Z.Wang, J. Tang, L.D.Tung, W. Zhou, L. Spinu, Ferromagnetism and transport properties of Fe-doped reduced-rutile ТЮ2 $ thin films // J.Appl.Phys. 2003, 93, 7870.
- N.H.Hong, W. Prellier, J. Sakai, A. Hassini, Fe- and Ni-doped ТЮ2 thin films grown on LaAlOa and SrTi03 substrates by laser ablation // Appl.Phys.Lett, 2004,84,2850.
- S-Duhalde, M.F.Vignolo, C. Chilotte С. E. Rodriguez Torres, L. A. Errico, A. F. Cabrera, M. Renter’ia, and F. H. S’anchez, M. Weissmann, Appearance of room temperature ferromagnetism? in Cu-doped ТЮг-г films // cond-mat/505 602,2005. .
- Dietl Т., Ohno Hi, Matsukura F., Cibert J, Ferrand D. Zener Model Description of Ferromagnetism in Zinc-Blende Magnetic Semiconductors // Science, 2000, 287, 1019.
- K. Nishizawa, O. Sakai, S. Suzuki, Magnetic and transport properties of low-density carrier ferromagnetic, semiconductors // Physica B, 2000, 281/282, 468.
- Hl.Schliemann J., Konig J. and MacDonald A.H. Monte: Carlo study of ferromagnetism in (lll, Mn) V semiconductors // Phys. Rev. B, 2001s, 64, 165 201.
- Hongming Weng, Jinming Dong, Т. Fukumura, M. Kawasaki, and Y. Kawazoe, First principles investigation of the magnetic circular dichroism spectra of Co-doped anatase and rutile Ti02 // Phys. Rev. B, 2006, 73, 121 201®.
- Никитин JIB., Миронова JI.C., Летвинцев B.B., Каткевич B.H. Исследование рентгеноаморфных пленок кобальта магнитооптическим методом // ФММ, 1991, 2, 92−99.
- Е. A. Gan’shina, М. Yu. Kochneva, P. N. Scherbak, К. Aimuta, M. Inoue, Magneto-optical properties of Co-based nanocomposites // Magnetics Conference, 2005, INTERMAG Asia 2005, Digests of the IEEE International, 4−8 April 2005, 2077 2078.