Магнитооптическая спектроскопия ферро- и ферримагнетиков тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

Г1 и ин

- ДПР 1994

МОСКОВСКИМ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕНТЫИ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА.

ФИЗИЧЕСКИИ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК: 537.632; 538.958; 538.915;

ГАНШИНА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА.

МАГНИТООПТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ФЕРРО И ФЕРРИМАГНЕТИКОВ.

01.04.II - Физика магнитных явлений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва, 1994 г.

Работа выполнена на физическом факультете Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.

Официальные оппоненты: -

Ведущая организация

доктор физико-математических наук, профессор К.П.Белов доктор физико-математических наук, профессор А.И.Попов доктор физико-математических . наук, профессор И.А. Шайкевич Институт общей физики РАН

Защита диссертации состоится "СЬУьр^'^Ы 1994г на заседании специализированного совета Д.053.05.40 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Ленинские горы, ИГУ, Криогенный корпус,-ауд.2-05.

С диссертацией мокю ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.

Автореферат разослан

-21 и ол^сргта 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д.053.05.40 при МГУ им. М.В. Ломоносова доктор физико-математических наук

С.А. Никитин.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

¿5ХХ§льностьтемн Магнитные материала па основе сложных оксидов переходах металлов, а также сами переходные металлы и их сплава имеют исключительно важное значение как с практической, так и с научной точек зрения. ífeonie из этих материалов являются основой современной электроники и модельными объекта«! при исс.чедознпы различных физических явлений. Наиболее хором изучены оксиды келезэ, значительно меньше - оксиды других металлов ( например, марганца и хрома ). Создание еоеых натериалоз, целенаправленное улучшение их физических свойств и технологических параметров во многом определяются нашим знанием электронной • энергетической структуры. Фундаментальной проблемой физики магнитных явлений является исследование электронной структуры ферромагнитных металлов н сплавов, а такае исследование энергетического спектра ¡¿агштоактивпнх ионов з ферромагнитных и антифзррсмагкитних диэлектриках и полупроводниках.

Элективным: экспержентальными методиками исследования энергетической структуры магнитоупорядоченннх соединений являются оптические и иапзлтосатическпз методы.

Оптические методы исследования представляют ссЗоЗ эффективный инструмент для изучения физических свойств твердого тела в силу того, что результат взазкодействия излучения электромагнитного поля и вещества практически полностью содержится в одной функции-отклике, тензоре диэлектрической проницаемости е^ьи).-

Тензор диэлектрической проницаемости является той математической величиной, для которой проводятся микроскопические расчеты, результаты которых могут быть соотнесены с экспериментом. lía языке функции отклика тшо описать практически все виды одночастичных и многочастичных возбуадений, характерах для твердых тел. Однако твэрдое тело представляет собой ¡¿ногоэлектронпуи систему и для описания его свойств приходится делать определенные упрощения. В связи с этим особое значение приобретает ■

экспериментальные метода исследования, причем не отдельного вещества, а целого класса однотипных соединений, ■ результаты которых могут дать отБет об адекватности применения той или иной теоретической модели.

• Проведение комплексных оптически и магнитооптических исследований позволяет определить диагональные и недиагональные компоненты тензора диэлектрической проницаемости, что открывает больше возможности для выяснения микроскопических механизмов формирования оптических и магнитооптических спектроз, определения параметров внутренних эффективных полей, магнитной анизотропии и т.п. По характеру концентрационных, полевых и температурных' зависимостей компонент тензора мохно судить .

о формировании электронного энергетического спектра многокомпонент1ШХ сплавов и его изменениях при фазовых структурных превращениях и легировании.

Высокая информативность магнитооптических методов, дающих уникальную информацию об электронной и магнитной структуре магнитоупорядочешшх соединений, с одной стороны, и быстро расширяющаяся область практического применения этих материалов в различных оптоэлектронных и магнитооптических устройствах, в системах записи, хранения и обработки информации, с другой, определяют актуальность диссертационной работы.

Целью настоящей работы являлось изучение спектральных, полевых и температурных зависимостей магнитооптических эффектов отражения в магнитоупорядочешшх соединениях -За-переходкых металлах и сплавах и в слохных магнитных окислах на их основе; получение дисперсионных зависимостей диагональных и недиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости в широких спектральном к температурном диапазонах для выяснения природа магнитооптической активности большого класса соединений, определения параметров электронной энергетической структуры и выяснении, закономерностей ое изменения при структурных и магнитных фазовых переходах.

J3a6oTH_QEeдхсматЕивалось: -детальное исследование спектральных, полеБых и температурных зависимостей экваториального эффекта Керра (ЭЭК) в редкоземельных ортоферритах и изучение анизотропии вектора тирании при сшш-переорнентационнсм переходе (СПП) Г4"Г25

-спектральные и температурные исследования квадратичных по намагниченности siKEbktob отражения в PG05; -модельное теоретическое описание микроскопических механизмов магнитооптической активности в слабых ферромагнетиках; -

- исследование спектральных и температурных зависимостей магнитооптических гффехтов отражения в магннтоупорядоченных соединениях на основе хрома и марганца. содержащих октвксмплексы (UnOg)9" , (WnOg)8- , (CrOg)9";

- изучение механизма влияния диамагнитных ионов В1 а РЪ на магнитооптическую активность марганцевых перовскитов;

- исследование линейных и квадратичных магнитооптических эффектов в магнитных полупроводниках в области собственных оптических переходов;

- низкотемпературные исследования анизотропии линейных и квадратичных магнитооптических: сффектсв в монокристаллах никеля и кобальта;

- комплексное изучение оптических и магнитооптических свойств неупорядоченных кристаллических сплавов железа с Sd-элементами;

-изучение влияния фазовых структурных превращений и процессов легирования на оптические и магнитооптические свойства сплавов на основе 34-переходных металлов; -исследование температурных зависимостей ЭЭК в слабом зонном ферромагнетике HigAl. 05ъектами_исследования_бнли выбраны:

монокристаллы редкоземельных ортоферритов KFe03, R- ион редкой еемли (R - Y, Yb, ТЬ, М, Но, Tía, Ег, Dy); -монокристаллы ортохромитов YyLu, _203;

-соединения на основе - оксидов марганца - марганцевые перовскигы, ортоманганиты, пирохлоры и ильменита;

- хромхалькогенидные шпинели Б^Сг^е^, НгСг^д, СйСг^о^;

- монокристаллы ферромагнитных металлов Н1 и Со;

- ферромагнитные сплавы Ре1_хЧх и (РеСо)0 (II = Т1, V, Сг, Ып); вакуумные конденсата ?е1_хИ1х и другие ферромагнитные сплавы.

Научную новизну диссертационной работы определяют основные результаты проведенных комплексных оптических и магнитооптических исследований для большого класса магнитных соединений: ферродиэлектриков, магнитных полупроводников, 3-й переходных металлов и их сплавов, которые автор выносит на защиту:

1. Изучение анизотропии магнитооптических спектров Р305 при спин-переориентационном переходе Г4~Г2 и получение дисперсионных зависшостей недиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости при температурах выше и ниже СПП. Экспериментальное определение значений эффективных орбитальных магнитных полей, действующих в состояниях с переносом заряда, и вывод об определяющей роли обменно-релятивистских взаимодействий в магнитооптике ортоферритов.

2. Впервые полученные экспериментальные данные о квадратичном но намагниченности ориентационном магнитооптическом &ф!екте в КЗОТ Тга, Но и Бу и хромхалькогенидных шинелях СйСг25е4 и Н^Сг25е4. Получение численных оценок изменения параметров низкосимметричного кристаллического поля при ' спиновой переориентации Г4~Г2 в Ьп?е03.

3. Полученные впервые данные об оптических и магнитооптических свойствах новых магнитных соединений на основе марганца и хрома, и вывод о том, что поведение оптических и магнитооптических спектров большого класса соединений магнитных полупроводников и ферродаэлэктриков мокко объяснить на основе рассмотрения разрешенных

с*

электродшольшх переходов в октакомшаксах (НеО^)-'-, (МпОб)5", (№Об)8", (Сг06)9~ и (Сг5е6)9".

Л.Результата исследования влияния диамапитных ионов В13+ и Тъ?'+ на магнитооптическую активность марганцевых перовскитоз.

Б.Экспертаентальнсе наблюдение поверхностных фазовых спин-пересриеиташгонных переходов в ортсферрптах и ортохромитах.

6.Полученные впервые экспериментальные данные об анизотропии магнитооптических эффектоз в монокристаллах N1 и Со. Установлеш*е феноменологического закона анизотропия СМЭ.

7. Модель энергетической структуры ферромагнитного Н1 с обратным порядком уровней в Ь-точке зоны Бриллюэна и определение ряда мензонных параметров, в том числе энергии обменного и спин-орбиталыюго расцеплений (1 и в-р зон.

8. Результаты комплексных исследований оптических и магнитооптических свойств сплавов на основе Зй-металлов в различии Фазовых структурных состоящих. Экспериментальное обнаружение примесных зон !Г1, V, Сг, Мп в матрице ?о и ?еСо и определение их энергетического положения.

9. Результаты установления корреляции менду структурными, магнитными, оптическими и магнитооптическими характеристиками магнитножестких сплавов на основе Ро-Со-Сг и вывод о появлении характерных особенностей в оптических и магнитооптических спектрах при расслоении твердого раствора на структурные изс.чор£ныз фазы, объясняемых в модели зонной структуры многокомпонентных сплавов переходных металлов с учетом образования примесной зоны атомов Сг в подзоне спинов, ориентированных по намагниченности.

10. Продемонстрирована чувствительность оптических и магнитооптических спектров к изменению ближнего локального окружения в сплавах и определяющая роль процессов упорядочения в поведении оптических и магнитооптических спектров сплавов на основе Н13?е и ?еСс. Оптическими методами зафиксировано появление сверхструхтуры Ы0 в зквлатомшх сплавах

определяется тем, что ее результаты в существенной мере расширяют физические представления о ьзаимодействии света с магнитоупорядоченкыми соединениями, решают ряд важных вопросов, связакзшх с определением микроскопических механизмов магнитооптических эффектов в слабых ферромагнетиках. Особенно важное научное значение имеют результаты работы, связашше с исследованием вклада обменно-релятивистских взаимодействий в циркулярную магнитооптику ортоферритов и экспериментальное определение эффективных орбитальных магнитних полей, действующих в состояниях с переносом заряда. Исследование магнитооптических .эффектов в области собственных оптических переходов позволило выявить вклад разрешегшых электродиполышх переходов в магнитооптическую активность октакомплексов (ИпОб)9", (ИпОб)8-, (СгОб)9" и (Сг5е6)3~. В работе получен ряд ноеых практически вакшх результатов, расширяющих наши представления о формировании электронного энергетического спектра ферромагнитных металлов и их сплавов. Экспериментально определены наиболее важные для ферромагнетизма величины обменного и спин-орбитального расщепления в ферромагнитных N1 и Со, оценено положение примесных зон Зй-металлов в матрице Ре и РеСо. Получены экспериментальные данные об изменении электронного энергетического спектра при фазовых структурных переходах. Выводы работы могут быть использованы, как при решении задач, связанных с разработкой новых магнитных материалов, так и для дальнейших теоретических исследований.

Большие магнитооптические эффекты, обнаруженные в магнитных полупроводниках и марганцевых перовскитах, содержащих ионы В1 и РЬ, могут найти практическое применение в магнитооптических устройствах. Исследование

магнитооптических свойств нового класса соединений -манганитов со структурой пирохлоров - представляет интерес в связи с разработкой новых материалов, сочетающих в себе магнитные и сегнетоэлектрические свойства.

Основные результат, представленные в . диссертации докладывались па многих конференциях, в том числе : на Международных конференциях Интермаг и "Магнетизм и мапштные материалы" (1970, 1976. 1909, 1991); Европейской конференции по магнитным материалам и их применения;-! EMMA'89 (Rimini Italy); 3-Ме:<дународной конференции по физике магнитных материалов Польша 1986г.; 2-Международном симпозиуме по магнитооптике Харьков 1991г.; Всесоюзных конференциях по физике магнитных явлений (IS70, 1975, 1977,1579, 1931, 1983, 1905, 1988, IS9I); Всесоюзных соБоца1шях "Новые магнитные материалы для микроэлектроники"(19S0, IScX, 1985, 1988,1990,1992); Всесоюзных семинарах по а^рфному магнетизму (1985, 1986, 1938); на Ломоносовских чтениях (1985, 1987, 1992); на семинаре "Оптика анизотропных сред"(1990); на Всесоюзном семинаре но передаче и храчешпо информации методами оптозлектроники (1976); Всесоюзной школе по магнитному резонансу (1981); Всесоюзном совещании по фазовым переходам (1984); Всесоюзных совещаниях педвузов по физике магнитных явлений (1984, 1986, 1988, 1990); Республиканских семинарах по физике ферритов (1986, 1988, ISS0, 1992); Всесоюзном семинаре по физике магнетизма редкоземельных сплавов (1988); Республиканских семинарах "Применение металлооптикк и спектроскопии з народном хозяйстеэ (1986, 1983, 1991); Всесоюзной школе-семинаре "Электронное строение и методы расчета физических свойств кристалоз" (1986); Всесоюзной школе-семинаре по магнитооптике (1984, 1986, 1988)..

По материалам диссертации опубликовано свыше 80 работ. Список основных публикаций приведен в конце автореферата. Стоуктща_и_об/ем_2Шссертапии1

Диссертация состоит из введения, шести глав, приложения, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 394 стр, в том числе 140 рис, 8 табл. Список цитированной литературы вклвчзет 346 наименований.

Содержание работы. Возведении обосновывается актуальность и выбор объектов исследования, формулируются цель и задачи диссертационной работы, приводятся основные положения выносимые на защиту.

В первой главе "Линейные магнитооптические эффекты отраиегая в

редкоземельных ортоферритах" -приведены результаты экспериментального исследования магнитооптических свойств редкоземельных ортоферритов РЗОЕ (Р = Тт, По, Ег, Бга, Су, УЪ, С<1 и У) в спектральном диапазоне 1,5 - 5,6 зВ при изменении температуры от комнатной до ЮК в магнитных полях до 4кЭ. Изучена анизотропия магнитооптических аффектов при сгош-переориентационном переходе Г4 - Г2 в РЗОФ и рассмотрены механизмы магнитооптической активности в слабых ферромагнетиках.

Вопрос об анизотропии магнитооптических эффектов (МОЭ) в РЗОг тесно связан с основной проблемой магнитооптики слабых ферромагнетиков, а именно, с необходимость» объяснения большой величины этих эффектов, которые аномально велики и в широком спектральном диапазоне сравнимы с ЫОЭ в ферритах -гранатах, несмотря на то, что спонтанная намагниченность их на два-три порядка ыеньие, чем намагниченность феррит-гранатов.

В разделе 1-1 проведено феноменологическое рассмотрение анизотропии линейных (циркулярных) магнитооптических ь$ректоз (МОЭ) в РЗОФ при спиновой переориентации ГЛР^с^.) - Г2(?хс„), где Р - Еектор ферромагнетизма, а С - антиферромагнетизма. Показано, что магнитооптические эффекты в состояниях Г4 и Г2 определяются антисимметричной компонентой тензора диэлектрической проницаемости е^ или компонентами Еектора гирации и с^-^у^» соответствешю .

е2 = а р + Р\ха +

Рахг 0 " РСгх°-

т.е. анизотропия магнитооптически эффектов в ортоферритах при спиновой переориентации Г4 - Г2 связана с симметричным

антиферромагнитным вкладом р°о в вектор гирации.

Количественные данные об анизотропии спектральной зависимости вектора гирации бы ли получены из измерений магнитооптических эффектов отражения при температурах было и низе СПП Г4 - Г2. Обнаружено, что магнитооптические спектры . ортоферритов резко анизотропны и изменения, наблюдаемые в спектралышх зависимостях ЗЭК при переходе з состояние r2(Gz?x) являются обгдеми для TmFeOg, Но?е03 и Гг1'с03.

Подтверждением того факта, что наблюдаемая £:азотрспия магнитооптических спектров есть следствие поворота спин-системы G^Fj,—С„?г является то, что з ортсфзрритах YtFeOg, YFe03 и И?еО,. у которых в области температур Ю-ЗСО К, отсутствуют СПП указанного типа, характер дисперсионной зависимости ЗЭК не меняется при понижении температуры. Установлено, что наблидаене на магнитооптически спектрах отраяешгя особенности связаны искли-штельно с оптическими перехода*.« в октакомплексе (PoOg)* . Это следует, во-первых, из того, что для различных FG05 получены однотипные спектры, а во-вторых, из полевых и температурах завистостей ЭЗК вне области СПП. Магнитное насыценне образцов достигалось в полях ~2С0 э, а затем ЭЗК практически не изменялся при увеличении поля до 4кЭ. В то ze время для эрбиесого ортофэрркта, например, намагниченность орбиовой подреаетки при изменении поля от I до 4к0 должна увеличиться в четыре раза и при температуре компенсаши Тк стать по величине сравнимой с намагниченностью г:елез;шх подрепзток. То есть, если бы РЗ подсистема давала заметный вклад в ЗЭК, наблюдалась бы сильная зависимость 0(H) при низких температурах в области полей 1-4 кЭ. По частотным зависимостям ЭЭК, снятым при разжгшнх углах падения света были рассчитаны спектры компонент Еектора гирации g.(рис.1)

Так хе. как для ЭЭК, можно говорить о значительной анизотропии кривых ei;j (g^gj) при переориентации магнитного момента в P30I. Независимость определения анизотропных вкладов в компонента е^ п иллюстрируется рис.2. Абсолютная величина ЭЭК в облзсти переориентации спиноз

- эксперимент,----модельная обработка.

Рис. 2. ЭЭК в ErFeOg в области СПП: a) Hue, klc, б) Hiia kia

при различиях температурах а)- I40K,___Ц5К

----I03K; б)-SOK,--ЦБК,----I35K.

тл

переход с 1

пноргия (Т. 7 )

СП-Х„ДВ расчёт [I]

Сила осциллятора петизг-, хода г, (х*ю ■')

Эффективная константа спин-орбитальной связи

ЭффСКТИВН^Й

орбитальный фактов Ланд®

вь*

Результату тео}

Энергия >.^0(эЗ)

Полушисинз л гнил Г.зЗ Константа сгошорбитзль-ной связи А. С с.м— 1 ),абс.вел

Компоненты обмешю-реля-тибистското те: зора /.(см )

Эффективные орбитальные поля Нь(Тл)

Нь£НТИСШ(Тл) Ньс™(Тл)

25 *1и(х)

3.1 3,9 4.4 5.1 5,3

23 17 76 68 35

45 -35 -5 -40 5

•3/4 1/4 1/4 1/2 -14

етической обработай спектроз МОЭ для Но?е03

3.08 3.92 4.27 4,95 5.35

0,32 0,16 0,20 0,30 0,30

Г, 1940 1420 20 390 370

г2 550 550 210 190 550

Г4 19,4 14,2 0,2 3,9 3,7

!"г 1г 5,5 6,5 2,1 1.9 5,5

г4 140 304 4 42 73

Г2 39 139 45 21 118

89 221 25 31 93

50 82 21 10 20

ТабЛ - Характеристики состоять! переходов с переносом заряда в

октакомплексе

РеО;

,5-

парачетры спин-орбитального н

обменко-релятивистского взаимодействий в состояниях с ПЗ.

* МсзкуЗл А.Э., гепкоу А.У., Уигуеуа ЕЛ., СиЬапог У.А. -РЬув1са В.,1991. уо1 163. р. 187-196.

И

изменяется за счет изменения величины компонент и У^, однако характер магнитооптической анизотротш, определяемый отношением интенсивности переходов, в первом приближении сохраняется.

Анализ анизотропии дисперсионных зависимостей вектора гирации был проведен на_ основе представлений о доминирующем вкладе переходов типа °А1е-6Тти с переносом заряда (ПЗ) в октакомплексах (Ре-О^)5- в магнитооптику РЗОЗ. Теоретическое моделирование спектров было проведено на

основа разложения:

Бг0>ы) = Е [А^и,^) т Б^Р' (ш.и^) + С^'Чш.ы.,)],

где - лоренцева дисперсионная функция,

В сумме по 3 учитывались как разрезанные переходы с ПЗ. так и ряд запрещенных переходов. При этом, первое слагаемое учитывает смешивание состояний с ПЗ за счет различных

взаимодействий, а остальные слагаемые обусловлены орбитальным расщеплением 6Т1и~ термов. Результаты такого моделирования представлены на рис I. и в таблице I. Получегшые значения параметров ьи^, Г^ для переходов бА1е~бТ1и хорошо согласуются с теоретическими, полученными в рамках концепции переходов с переносом заряда из данных СП-Ха-ЕВ расчета энергетической структуры комплекса Рео|~ [1] и с аналогичными параметрами, найденными для других РЗОг.

В разделе 1-3 рассмотрены основные взаимодействия, определяющие вклад переходоз с переносом заряда в различные оптические и магнитооптические эффекты.

При оценке вкладов различных взаимодействий в компоненты вектора гирации сделан вывод, что основную роль в циркулярной магнитооптике ортофэрритов играет обменно-релятивистское взаимодействие, появляющееся во втором порядке теории возмущений в результате совместного учета спин-орбитального взаимодействия для комплекса Рео|~ п обменного взаимодействия с с кружащими комплексами. Это взаимодействие является аналогом спкн-сшшового взаимодействия Дзялошинского-Мория.

В табл.1, наряду с теоретическими значениями эффективной константы сшш-орбитального ззгимодойствия X, для каждого

°Т1ц-тер«а. приведена значения вычисленные при учете только сшш-орСиталыюго взаимодействия (ферромагнитный вклад) и ьеличины эффективного обмешгс-релятиьистского тензора Л. Видно, что учет только одного спин-орбитального взаимодействия приводит к значезшям к, значительно отличающимся от теоретических значетй, зачастую многократно превышая их. Не менее вакна и сильная анизотропия циркулярных КОЗ, не объяснимая в рамках' данного механизма и зффзктивно вырахаицаяся в различии X для Г4 и Г2 -фазы. Оба указанных обстоятельства находят естественное объяснение при учете вклада в вектор тирании обменно-релятивистских взаимодействий. Будучи анизотропным, VB° связывает z-ксмпснэнту g с х-ксмпонентоД сродного спина. При <SZ> 5/2 компоненты эффективного обмошго - релятивистского тензора А - аналога константы А. -имеют в 100 раз меньшие значения. Величина соответствующих аффективных орбитальных полей Н^ для Г2 и Г4 в разных 6TIu- состояниях нередко на порядок прокипает значения поля Дзялошинского в ОФ, что объяснимо при учете сильного обмена Sd-электронов соседних Fe3+ ионов с 2р-дырками в конфигурациях с ПЗ. Для двух низкоэнергетических переходов (к со = 3,1 и 3,9 эВ), определяющих ЫОЭ в ближнем ультрафиолете, конечные состояния с ПЗ характеризуются особенно большими значениями Н^. Заметил также, что для всех 6ТТи- тормоз "антисп?.:мстр«чкое" поле значительно превосходит "са^етричнос". Это свидетельствует о преобладании в РЗОФ 2нтн'1сррсмапп1ткого вклада в g, связанного в основном с антисимметричным V°gM типа " спип-своя орбита" и "спин -чузая орбита" в ссстогашях с ИЗ.

В разделе 1-4 изложены результаты исследования явлений поверхностного магнетизма в РЗСФ.

При изучении температурных и полевых зависимостей ЭЭК установлено, что наряду с обычными спин-переориентационными переходам в РЗОФ существует целый ряд поверхностных фазовых СПИ, которко возшиаат вследствие возрастания роли поверхностной анизотропии при уменьшении первой константа анизотропии в объеме.

Рас. 3 $Cr) в TéFcOj , tu =3,0 эВ, ¡MÍ.5 кЭ, V *65°, ИИС . ОСраэш: * I - (НО), * 2 - (010), * 3 -(100). На вставко - в слЗразаэ .» Z ори Т,К: I - 25 , 2 - 30 , 3 - 33 , 4 - 37 , 5 - 40, 6 - 45, 7-50.

В TbFeOg при понижении температуры до 50К наблюдалось резкое уменьшение 33!С до нуля з узком температурном интервале (рис.З). Это явление наблюдалось в нескольких образцах, впращенных разными методом! и прошедших различную обработку поверхности, а также на зеркальных рсстовых не подвергнутых обработке гранях. Увеличение мапштного поля пр'.шодило к смещению (бК/кЭ) температуры изломз на кривых б(Т) в сторону низких температур. Для Еыяснешья типа наблюдаемого СПП проводились измерения поляризационных и температурных зависимостей ЗЭК при Ни а и Н»Ь. Установлено, что при температурах шзз 50 К в приловерхностном слое TbFe03 не происходит спонтанного поворота спиноз в состояние TgCC^), а осуществляется переход типа Морина .Таким образом,

следует предположить, что в отсутствие магнитного поля на поверхности TbFe03 существует переходный слой, в котором происходит поворот вектора антиферромагнетизма на 90° Gz"Gy и изменение Еектора ферромагнетизма от 3?2 до 0. При ложе ш;е срав;штельно слабого магнитного коля (до 3 кЭ) вдоль оси С производит полнее "старание" поверхностного магнетизма в области температур 35-50 К (вставка на рис.З). Аналогичный поверхностный переход типа Морина наблюдался в SmFe03 при Т=ЗЗК. В ErFe03 обнаружено сильное смещение температуры начала переориентации r4(GxFz)"r2(GiFz) на поверхности в высокотемпературную область. Для Tm?e03 и НоРе03 поверхностные критические температуры СПП совпадали с объемными. Предполагается, что появление разнообразных поверхностных явлений в РЗОФ связано с изменением различных R-Fe и Fe-Fe обменных вз а содействий в поверхностном слое.

Во второй главе " Квадратичные магнитооптические эффекты отражения в ортоферритах" - приведены результаты исследования квадратичных по намагниченности магнитооптических эффектов в РЗОФ Тш, Ко и Гу в спектральном диапазоне 2-4 эВ, изучен вклад переходов с переносом заряда в квадратичные МОЭ и проанализированы различные физические механизмы, приводящие к возникновению аномально больших

квадратичных магнитооптических эффектов в

магнитоупорлдоченных кристаллах.

Для получения спектральных зависимостей квадратичных добавок к диагональным элементам тензора диэлектрической проницаемости Ле11 использовались данные измерений ориентационного магнитооптического эффекта (С!.!Э), который представляет собой квадратичное по намагничешости изменение интенсивности отражешгого от образца сБета при изменении ориентации спинов.

В разделе 2-1 приведены результаты феноменологического анализа, позволяющие связать измерения ОМЭ в ортоферритах с соответствующими Ле11.

Непосредственно в эксперименте измерялась величина ' \

О = -^—, где и 12 - интенсивности отраженного

от образца света до и после переориентации вектора намагниченности на 90°, а 10 -в размагниченном состоянии, О имеет, как линейную, так и квадратичную составлязацие, их разделение осуществлялось методом однополярного намагничивания.

Переориентация вектора намагниченности осуществлялась внешним полем, направленном под углом к спонтанной намагниченности. В ортоферритах для полной переориентации вектора ферромагнетизма 7 на 90° в фазах Г4 и Г2 необходимы внешние поля порядка сотни килоэрстед. По этой причине измерения ОМЭ проводились в области СПЛ в фазах Г^ и Г^, в которых полей в 5 кЭ оказалось достаточно, чтобы вектор ? поворачивался на угол в "40°. По экспериментальны:.! данным рассчитывалась величина, соответствующая полному повороту вектора Р на 90°. Измерения проводились в геометрии ЭЭК при двух ориентациях образцов: Ни а и Н»с, где а и с -кристаллографические оси.

В разделе 2-2 приведены результаты измерения ИЛ в РЗОФ. Измерения ОМЭ проводились нами в области СПП Г4-Г2 для Тт?оОд и НоРеОд и для 1)уРе03. На рис.4 изображены

спектральные зависимости ориентационного магнитооптического

эффекта в Тш?е03 и Нс?е03 пунктиром показана линейная составляющая. Получеише в эксперименте значения Скв имели аномально болылую величину и при некоторых значениях мл даже про Бывали Ееличнну линейной составляющей. Креме того квадратичная ссставллгпал обладала в исследованной области Солее сильной дисперсией по сравпешго с линейной. Измерения были проведены при различных углах падения света, и по полученным экспериментальным дашпгм рассчитывались спектры Ле11, соответствующие повороту векторов Р и 0 на 90°. Величина и спектральные зависимости Лг23(и) в Но?е03 и Тш?е03 были похожи ме.чду собой и существенно отличались от спектра Ае^ в Тт?е03, что свидетельствует о существенной агазотропни квадратичных магнитооптических эф>1йктов в ортоферритах (рис.5).

Спектральные зависимости Де^Си) и Лег2(и) имели сложный вид и отличались сильной дисперсией в полосе с переносом зарл'дл. Их анализ был проведен на основе полученных выле результатов рассмотрения циркулярных МОЭ ертоферритов. Показано, что спектральная зависимость Д£р(и) является результатом суперпозиции вкладоз разрешенных переходов, характеризуемых широкими литаями, ¡1 запрещеных переходов с узкими линиями.

Результаты модельной обработки спектров для

Тт?е03 в длитшоволновой части полосы с перекосом заряда представлены на рис.5.

В разделе 2-3 проведена теоретическая оценка вкладов различных механизмов в квадратичные НСЭ. Показано, что механизм расщепления под действием спин-орбитального взаимодействия (7Б0) для разрешенного (бА,3-бТ1и) - перехода дает величину значительно меньшую наблюдаемой, и не мотет объяснить ашгеотропии квадратичных МОЭ.

Учет квадратичных по 7В0 эффектов при расчете вклада запрещенных переходов с ПЗ приводит к значениям амплитудных факторов, сравнимых с подгоночны?,я, для блстайших по энергии сателлитов разрешешюго перехода, но не может, например, объяснить аномально большой вклад в Аегг запрещенного

IS

ta'

Рис.4. Ориентационный магнитооптический эффект (сплошая Jгикия) и ЗЭК (пунктир), а - Но?с03, Hila, T=G3K; б - TmFeOg, Шс, Т=80К.

Pzp. а Сиг-тральмя магмиэсгь кдютЕгти тензор, ягадозя-ригсиЛ прокзедеыоегл » ортовадрив T>ifеО^

«nœejsoissia^bEse дпгати (точтз z ЕуЕктарая атхя) в мздоиах oíjaSoTTa (ошои^х ясшО.

перехода с ><0)о= 2,75 эВ. отстоящего на 0,4 зВ от разрешенного перехода.

Таким образом, наиболее вероятной причиной особенностей квадратичных МОЭ в Р305 в игреком диапазоне частот представляется магнитоупругсоптическиЯ механизм [23. Согласно 12], именно этот механизм объясняет особенности магнитного дгупрелсмлення У?о03 при индущфованной спиновой переориентации Г4-Г2 для \ = 0,63 мкм. Микроскопическая природа магкитоупругооптического механизма связана с одновременным изменением У[]К;1 и ?оС;м, а значит и оптической анизотропии под действием мэпштострикциошшх деформаций, как макроскопических (собственно магпитострикция ), так и микроскопических (скрытых смещений подреиеток 131). Результаты модельной обработки зависимостей Де„_(ш) для

и -/

Тт?е03 вполне согласуются с представлениями о преобладающей роли магннтоунругооитпческого кехэткма. Так значегаш амплитудных сфзктороз для вкладов разренегашх переходов з позеолямт оцо1глть величину лв^^- изменение эффективного параметра ШШ при спин-нереорнентационном переходе Г4-Г2 з

ТтУеОд :

АВхх ¿Вгг 16см-1(переход ьи =3,15 эВ),

лвхх Сом-1, ЛВ2„ 8см-1 (переход чоз =3,55 эВ).

В третьей главе изложены результаты исследования оптических и магнитооптических сесйств сложных оксидных соединений на основе хрома >1 марганца.

В разделе 3-1- приведены результаты изучения оптических й магнитооптических свойств ортохремитов (РЗОХ) 1и1_х¥3Сг06 (х-0; 0,15; 0,5 ), рассмотрен вопрос о том, какой еклэд з оптическую и магнитооптическую активность РЗОХ вносят парохода в слабоискааонннх октакомплоксах (СгОб)9~.

Исследование оптических сеойстз РЗОХ показало, что по сравнению с РЗОФ разрешенные оптические перехода лежат в более высокоэнергетической . области. При изучении

спектральных зависимостей ЭЭК в области энергий 3,5 - 5,3 эВ установлено, что магнитооптическая активность в этих соединениях проявляется при энергиях ки >3,8 эВ . Для всех РЗОХ в исследуемом интервале длин волн наблюдался ярко выраженный максимум при ки = 4,ЗэВ. Сделан вывод, что МОА в РЗОХ в области 4,0-4,8 эВ определяется разрешенным электродиполышм переходом -7*1и(3с1-4р) в октакомплексе (СгОб)9".

При исследовании температурьте и полевых зависимостей ЭЭК установлено, что в ортохромите ЬиСгОд существует высокотемператургшй спин-перэориентационный переход Г^-Г2. Зануление магнитооптических эффектов при Т=50К интерпретируется, как наличие особого поверхностного магнитного фазоиого состояния. Для ортохромита с конкурирующей магнитной анизотропией 85У0 15СГО3

обмечалось существование асперомагнитного состояния с уменьшенными значениями средних векторов У и С,.

В последнее время синтезирован целый класс новых магнитных окислов на основе марганца - марганцевые перовскиты, ортоманганиты, пирохлоры, ильменита и т.п., содержащих магнитоактивные комплексы (ИаОб)9" и (НпОб)8~. Представляло интерес изучить, какую роль в мапштооптике соединений марганца играют электродипольные переходы в таких комплексах, результаты таких исследований изложены в разделе 3.2, там г:е рассмотрен вопрос о влиянии на магнитооптическую активность марганцевых перовскитов диамагнитных ионов В1 и РЪ. Основные кристаллографические и магнитные характеристики образцов приведены в таблице 2.

Для всех соединений проведены измерения ЭЭК и оптических постоянных в диапазоне энергий 1,5-4,5 эВ и в области температур 10-295К. Рассчитаны частотные зависимости диагональных и кедаагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости е(»>ш). Показано, что ЫОА изучаемых соединений определяется переходами в октакомплексах (ЫпОб)9~ и (Ып06)8-, и выделены частоты этих переходов. Обнаружено сильное увеличение ЫОА в области

Химическая формула СИММЗТрИЯ И кристалличе екая структура Магнитная структура ? 1УЛЮ к. рБ (Т=4,2 К

Шп03(11 160 3,3

1лО,925РЬО.ОТ5Ип03 190 3,3

Цэ.Вб^О.^З ромбоэдрическая ферромагнетик 190 3,3

Pr0,6îb0.I5Lfn03 В5э 220 3,4

N<30,6?b0.4^03 перовскитнгя ISO 3,3

150 3,2

ÏÂ0,B5Bi0,15te03 140 3,0

Ьа0Л5В10,25Уп03 ? 135 ?

? Г.О 7 '

В1Уп03 тоиклинная аеровскиткая ферромагнетик S3 3,2

YCUgtín^O^p 4 СО 8,0

CdCUgUn^O^ кубич.ЬпЗ ферромагнетик . 400 2,8

KoCUßWii^Ojg перовскитная 360 9,0

В1СизШ4012 4 СО 5,0

LUgtöigO^ 10 4,3

YbgüigOy кубич.О^ ферромагнетик 22 9,5

TlgitagCU пирохлора 117 4,8

IHgltogO^ Í32 4,4

Nüöi03 ромбоэдрич. 427 0,4

NioÄ.Ä R3 1орримагЕэтпх 3£0 1.2

Colin03 илъменитз . 3S7 0,5

Tad. 2 Кристаллографические и магнитные характеристика исследованных соединений.

й 0.010

1»)ьмп.1,„:

(л) и,,аГЬ»„„МпО£

1И и.иП.аШб/Г (О) гиЛ РЪ14Ы.-.0,.'

ЕЛег$/ . (У

0.013

Епегду. «V

0.000

-0.010

< + > С.МяО,.

(О)

(») 1>0.„п111иМпО): 1») и^В^.^МлО,; (а) и^В^цМ.Ю,:

и.) УСи,Мп,01!: (•) НоО^Мя.О,,: (С) 0^Си1Мп40|1. («) Б.С^Мп.О,,;

СЛСГ5У. СЧ

Рис.6 Спектральная зависимость экваториального ыЭДекта Керра в мангакитах со структурой перовскита, Н=ЗкЭ. а) Свинец-замеп'ешше перовскит»: Т=77 К; угол падения света г = 63,5°; ъ> висмут-замен;ешше перовскити, Т=77 К, угол падения света г - 63,5°; с') перовскиты аси3ип4012. т «= 295 К, * = 70°.

энергий 4-5 эВ в соединениях, содерясдих одисвремешю пены В13+ (или РЬ2Ъ и ионы 1!л''+ (рис.С). Показано, иго наиболее Еероятнш механизмом усиления МОА являете;-' примэсглззние волнсеух £ушцай бр-электрсноз примесрп:х ненов к волкевчм функциям комплекса (¡.!пОб)°~. Подтверждением этого вывода является набладаеше усиление НОА в 212Ш207 з той ае области энергия.

В разделе 3-3 приведены результаты спектральных, полевых и температурных исследований ЗЭК и ОМЭ з магнитах полупроводниках - хремхалькогекиднкх шпинелях НеСт^г^, Сс1СГрГ-Зд и Н^Сг^,. При анализе полученных результатов сделан вывод, что наиболее сильный переход в спектрах о, и «2« набладагмый для И-зС^Зг, и СйСг25е^ и отсутствую-1:.:.! з спектрах Н£Сг.,5д, связан с переходом с ГО в октане:шлекез (СгЗе6)Э~.

В главе 4 "Исследование зонной структуры феррсмоп-г.ткых метзллов магнитооптическим методом"- приведены результаты изучения электронной экергег.пеской структуры ферромапгнткых металлов никеля и кобальта. В первом разделе кратко рассмотрев возможности использования оптических и мах'н.: госпткческих методов для исследования электронного энергетического спектра ферромагнитных металлов и сплавов. Приведены вырахенид для связи компонент тензора диэлектрической прснздаемости с мегезонной плотностью состоят-тий. Рассмотрены особенности, которые могут возникать в непрерывных оптических и магнитооптических спектра.".

В разделе 4-2 результаты низкотемпературных ¡¡терний экваториального эффекта Керра и ориентацпокного магнитооптического э-^Фекта для монокристаллических образцов Ш используются для количественного определения параметров зонной структуры.

Показано, что ухе первые измерения на полукристаллических образцах Н1 14) привал:! к обнарунени» ряда ркоыадай на дисперсионных зависимостях недпЕгональкых кс:,тюнопт тензора диэлектрической проницаемости, которые нз капли своего

объяснения в рамках существовавших к тему времени моделей зонной структуры Н1, построенных по аналогии с зонной структурой меди. Поэтому нами Сила предложена новая модель зонной структура К1 с обратным порядком уровней в точке Ь зоны Бриллюэна, в которой зона Ьд2 й-типэ была помещена ьыше зо1И - Б-р- типа. Такая инверсия уровней приводила к сильной "гибридизации <1 и р зон и, как следствие, к исчезновению дырочных карманов в Ь- точке (рис 7). В последующих экспериментах по изучению эффекта де Гааз -ган Альфена 151 было подтверждено отсутствие этих карманов, а прямые самосогласованные расчеты энергетических зон ферромагнитного N1 15) привели к теоретическому обоснованию модели с обратным порядком уровней. Достигнутая Конолли [6] точность вычислений была достаточной для получения качественного согласия с экспериментом. Обменное расщепление, полученное им равнялось 0,9 и 0,07 эВ для а и в-р зон, соответственно. Несколько вариантов зонной структуры N1, основанной на интерполяционных методзх расчета было предложено в 17). Все они удовлетворительно объясняли эксперименты по изучению поверхности Ферми и величину намагниченности, но отличались величиной обменного и спин-орбитального расцепления в зависимости от выбора отождествления особенностей в оптических спектрах с определенными мехзонными интервалами. Для более точного количественного определения параметров зонной структуры мы провели нпзкотемперзтур-ие измерения ЭЗК и СМЭ на монокристаллических образцах при прилсленил магнитного поля вдоль различных кристаллографических направлений (рис.8).

При изучении анизотропии ЭЗК и СМЭ установлено, что ЗЗХ в первом приближении изотропен, а СМЭ зависит от ориентации вектора иамагничешюсти относительно кристаллографических осей. Показано, что наблюдаемая анизотропия 0Г.!Э не мозет быть понята на основе теории Аргиреса при учете членов второго порядка по спин-орбитальному взаимодействию. Феноменолох^ически анизотропию С!.'.3 удалось описать на основе закона анизотропии Акулова дЛя четных эффектов в кубических

Oy

... ±——0. s

Ж.М __1 s

Ж)

(у u«dii

г—

Рис.7. Схема энергетических уровней вблизи Ь точки для различных направлений магнитного поля.

Рис.9. Зависимости гас.8. ЭЭК и ОМЭ в монокристалле N1 ОШ и ЭЭК для Hi от для оси [III]:I -ö0D. Т=15К, 2 - öQp, направления вектора Т=2Э5К; 3- бэкв, Т=15К; ф =70°. намагниченности в плоскости (НО): ШЭ - X vw=0,79B, о - 0,3 эВ; ЭЭК -д 0,7 эВ. ___.рассчитанная ^кривая

ферромагнетиках. Получены выражения, описиваювие изменения С0р при повороте вектора намагниченности в различных кристаллографических плоскостях. Приведенные на рис.9 экспериментальные и рассчитанные кривые, показывают удовлетворительное согласие феноменологической теории с экспериментом.

Сложная дисперсионная зависимость СМЭ объясняется влиянием спин-орбитального взаимодействия на зонную структуру ферромагнетика при изменении ориентации вектора намагниченности. Рассмотрены возможные типы возникновения ОМЭ для самых низкоэнергетических мехзонных переходов в И1.

Совместное изучение особенностей в спектрах СЮ и ЭОК при низких температурах дало возможность предложить вариант идентификации мехзонных переходов в модели зонной структуры ферромагнитного никеля с обратным порядком уровней, основанный только на магштооптичоских измерениях. Отождествление резко выраженного максимума в спектрах ОМЭ в области 0,3 эВ с переходом С в область пересечения зон и (см рис.7) дает прямое экспериментальное значение обменного расщепления Зй-зона N1:

= Е (Ьз2^) - ИзгрТ) = АЕдд = 0,3 ЭВ. Отождествление анизотропной тонкой структуры спектров ЭЭК в области 0.57 зВ с переходом В позволило определить величину спин - орбитального расщеплешш Л = (0,04 * 0,01) зВ.

В разделе 4-3 результаты изучения анизотропии магнитооптических свойств мснокристаллического Со используются для установления деталей его зонной структуры.

Показано, что имеющиеся'к тому моменту модели электронной структуры Со, вычисленные разными методами, существенно различались величиной обменного расщепления (от 1,05 до 3,9 эВ) и относительным расположением в-р и А зон. Анализ полученных магнитооптических спектров показал, что наилучшее согласие достигается с моделью зонной структуры Баталлана 18). В рамках этой модели проведено отождествление наблюдаемых аномалий с определенны:.!;! меязонными переходами. Сделан вывод, что величина, обменного расцепления, необходимая для

объяснения магнитооптических свойств, согласуется со значением AEd(j, следу:спим из теории ферромагнетизма Стонера - Слэтера -Вольфарта.

В главе 5."Оптические и магнитооптические свойства неупорядоченных кристаллических сплавов Ре с 3d элементами" - представлены результаты комплексного исследования оптически и магнитооптических свойств бинарных сплавов Уе-М (М - Ti, 7, Сг, i!n. Ni) и тройных сплавов FeColl (М -V. Ип.Сг)

Существующая теория электронной структуры неупорядоченных кристаллических сплэеов переходных элементов базируется на приближении когерентного потенциала (ПКП) и достаточно хорошо объясняет многие экспериментальные результаты 191. Одним из главных следствий этой тэорш! является вывод о возможности возникновешы узких примесных зон с относительно высокой плотностью состоять"! вблизи границы основной зоны. Существовать примесных зон было подтверждено в ряде экспериментов по изучению теплоемкости, магнитной восприимчивости и других эффектов, основанных на явлениях переноса. Но прямыми экспериментальными методами, определяющей энергетическое положение и ширину примесной зоны, являются оптические и магнитооптические методики..

Для всех исследованных сплавов проведены измерения omine ских постоянных пик, экваториального эф£екта Керра и рассчитаны значения диагональных и недиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости. Показано, что при добавлении З-d элементоз • наблюдается изменение поведения спектральных зависимостей оптической проводимости, ЭЭК и недиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости, которые зависят от концентрации и вида добавляемой примеси.

Появление нового гап-:а в спектрах оптической проводимости сплавов Fdj^Tí^ и Poj^V^ в районе 1,6зВ при х = 0,05 связывается с образованием примесной зоны атомов Ti и 7. Это обосновывается тем, что поязление■этой особенности зависит от

еидз примеси (данная особенность отсутствует в сплавах Ро-Ып и Ро-Сг) и от ее концентрации.

Как известно, в спектрах оптической проводимости о (и) переходы из разных подзон суммируются, а в спектрах £2,(1>ш)2

Еычитаются. Тогда появление пика в о(у) всегда сопровождается

р

либо ростом, либо уменьшением е2' {»-ш) , в зависимости от того, в какой спиновой подзоне образуется примесная зона. Сравнение спектров о(>>и) и е2'(ки)2 для исследуемых сплавов показывает, что примесные зоны Т1, V, Сг и Ип образуются в спин подзоне. Примесные зош Т1 и V расположены на 0,8 эВ вше уровня Серии, а атомоз Сг и 1!п непосредственно за уровнем Ферми.

В разделе 5-3 приведет результаты исследсватая влияния атомов Сг, Ип и 7 на оптические и магнитооптические свойства сплава РеСо. Электронная структура сплава РеСо подобна электронной структуре Ре и отличается тем, что спин (подзона в РеСо заполнена полностью, и уровень £ерми расположен в области с низкой плотностью состояний, что создает благоприятные условия для образования примесных зон в тройных сплавах. На рис.10 приведены значения оптической проводимости для сплавов (РеСо)0 5_хСгх. Главный эффект добавления Сг состоит в появлении дополнительной полосы поглощения в области энергий 0,5-0,9 эВ при х>0,04. Интенсивность полосы растет с увеличением концентрации Сг. Одновременно с появлением новой полосы при легировании хромом происходит смещение в ИК область основного максимума в спектре о(кга). Добавление атомов Сг приводило к сильному уменьшению величины ЭЭК б области энергий 0,6-0,9 эВ, при х=0,1 величина ЕфСекта уменьшалась в 3,5 раза. Анализ результатов проведенного совместного исследования оптически и мапмтсоптических спектров показал, что примесная зона легирующего элемента образуется в спин | подзоне, и центр примесной зоны приближается к уровзпэ Ферми при увелкчешш атомного номера примеси.

В разделе 5-4. Результаты, полученные нами при изучении оптических и магнитооптических свойств упорядочошшх и

о.ч /.о г.о ю Рис. 10. Оптическая проводимость сплавов (РеСо)0 5_хСг2: 1 - х = 0; 2 - 0,04;*3 - 0,06; 5 - 0,08; 6 - 0,06.

3.0 3.0 Ьу.сУ

Рас.II. Оптичэская проводимость сплава ?е78Н11;,С5 (Ко)3" в аморфной (I), промежуточной (2), ГЦК (3) и ОЦК (4) фазах.

неупорядоченных сплавоз Ре Сой, используются для исследования электронной структуры магнитожостких сплавов Ре-Со-Сг . После комплексных спектральных исследований оптических и магнитооптически свойств получена информация о частотной зависимости диагональных и кедиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости изучаемых сплавов. Прослежена зависимость этих характеристик от содержания переходных металлов и от условий термической и термомагиитной обработок (Ггй) сплава, а тагскг установлена связь оптических и магнитооптических спектров и кржой межзонной плотности состояний с магнитным фазовым состоянием сплава..

В результате сопоставления структурных, магнитных, оптических и магнитооптических свойств сплавоз системы Ре-Сг-Со показана возмоккость успешного использования оптических и магнитооптических методов для обнаружения расслоения твердого раствора на структурные фазовые составляйте. Гю сравнению с рентгенографическими методами, не позволяющими разрешить образующиеся з данной системе две, близкие по параметрам решетки, изоморфные ОПК-фазы а^ и а^, оптические методу надежно обнаруживают их присутствие по особенностям спектров оптической проводимости к кедиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости, так как оптические переходы б а, и с^-фазах разделены легко измеряемым энергетическим интервалом порядка 1эВ. Полученные особенности поведения оптических и магнитооптических спектров сплавов Ге-Сг-Со после термической и тертакагнкгной обработок, приводящее к высококоэрцитивному состойшзо, объяснены в модели зонной структуры кгогокомпонектныг сплавов переходных металлов с учетом образования примесной зоны атомов грома в подзоне со спином со намёгнлченаостп.

В пэотой глгве приводепи результаты комплексных

исследований влияния фазовых структурных превращений на оптические и магнитооптичэскиэ свойства сплавов на основе 3<1-пэреходных металлов.

Использование в качестве образцов вакуумных конденсатов

позволило провести исследование аморфных 'сплавов и их кристаллических аналогов и исследовать влияние близайшего окружения на оптические и магнитооптические свойства. Для каждого структурного состояния сплава били измерены оптические постоянные п и к, ЭЭК при двух углах падения света и вычислены диагональные и недиагояальныы компоненты тензора диэлектрической проницаемости.

Сравнительный анализ спектров оптической проводимости и магнитооптических спектров позволил выделить особенности присущие хаадому структурному состоянию и сделать выводы об изменениях, которые происходят в электронной структуре сплава при переходе аморфное состояние - кристаллическое и порядок-бе спорядок.

Для всех исследуемых образцов вид оптической проводимости был отличен от друдевского ("1/w2) во всем рассматриваемом спектральном диапазоне, что говорит о доминирующем вкладе мехзошшх оптических переходов. Показано, что амплитуда и характер ыеязонных переходов зависят от структурного состояния сплава и определяются ближайшим локальным. окружением. Анализ экспериментальных кривых проведен на основе модели непрямых ыеязонных переходов [10].

В первом, разделе этой главы приведены результаты исследования магнитного состояния и электронной структуры сплавов Fe86_IHi14(C)y(K0)x_y (х= 8, 11; у= 5, 7) в ГШ, ОЩ и аморфном состояниях. На рис II приведены кривые оптической . проводимости для этих сплавов. Смещение основного максимума в спектрах о(ьи) в сторону мёньших энергий при переходе от ОЦК к аморфным сплавам объясняется уменьшением расстояния менду главными максимумами кривой плотности состояний Fe и уменьшением провала между эти?,я максимумам!. Подобная деформация ЗА- зоны Fe наблюдается и при переходе от СЩ{ к ГШ структуре. Наличие магнитооптического эффекта и пирокое распределение значений эффективных магнитных полей на ядрах ?э в аморфных сплавах объясняется их неоднородной кластерной структурой, где флуктуации межатомных расстояний приводят к оооуцэствовихия микрообластей с ферромагнитным и

алтиферромагнитным упорядочением.

В разделе '6-2 приведены результаты исследования для сплавов Ре^Шд (0,42<х<0,69) в смор$яом и кристаллических состояниях, Оптическими методами зафиксировано наличие упорядоченной фазы Ы0. Особенности поведения спектров в упорядоченном состоянии Ь10 объяснены появлением гштиферромагнитного взаимодействия атомов хелеза н образованием примесной зоны Рв в подзоне со спином |.

В разделе 6-3 приведены результаты исследования процессов упорядочения и легирования на оптические и магнитооптические свойства тройных сплавов на основе КЦРе.

Показано, что магнитооптические спектры очень чувствительны I: наличию или отсутствии дальнего порядка в сплавах. Легирование третьим элементом, у*;е в малых количествах, изменяет условия образования сверхструктуры, а мапштооптические спектры являются чувствительным индикатором происходящих изменений. Особенности поведения спектров упорядоченного сплава Ш3?е объяснены за счет образования энергетической цели в подзоне со спином

В разделе 6-4 приведены результаты изучения магнитооптических свойств слабого зонного ферромагнетика К13А1. При исследовании температурных и нолевых зависимостей ЭЭК установлено, что температурная зависимость ЭЭК в К13А1 не испытывает аномалии при переходе через точку Кюри, и существует в парамагнитной области. Такое поведение подтверждает существование пространственно-коррелированных спиновых флуктуация в слабом зонном ферромагнетике, которые исчезают при Т>ТК.

В приложении дается краткое описание оптических и магнитооптических методов исследования твердых тел, приведено описание созданных автоматизированных экспериментальных установок, описание проточного гелиевого . криостата, поэволямцего изменять температуру в области 10 -200 К. Описаны методы получения п приготовления используемых образцов.

Б заключении сформулированы основные выводы диссертации.

Основные результаты.

1. Проведено систематическое исследование дисперсиогаоД зависимости магнитооптических эффектов ' больного класса магнитных соединений - ферродиэлектриков, магнитных полупроводников, ферромагнитных Зй-металлоз и их сплавов с целью обнаружения резонансных эффектов на дисперсионных кривых, выяснения физической природы магнитооптических явлений в ферримагнетиках и определения параметров электронной энергетической структуры и закономерностей ее изменения при фаговых структурных превращениях.

2. Комплексные исследования стали возмогли, благодаря создании автоматизированных установок для измерения оптических постоянных и магнитооптических эффектов отражения. Для проведения низкотемпературных измерений разработан гелиевый проточный криостат, позволяющий проводить измерения в области температур 10 - 300 К.

3. Впервые в широком спектральном диапазоне проведено изучение анизотропии магнитооптических эффектов отражения в редкоземельных ортсфсрритах при сппн-переориентационных фазовых переходах Г2 - Г4 и рассчитаны дисперсионные зависимости недиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости при температурах еызэ и ше СПП Г2 - Г4. Обнаружена резкая анизотропия магнитооптических спектроз Р305 при СПП Г2 -Г4, связанная с симметричным антиферрсмагнитным вкладом в тензор диэлектрической проницаемости ортсфзрритов.

4. На основании анализа полученных результатов в рамках представлений о доминирующей роли вкладов переходов с переносом заряда в октаэдрическом комплексе Рес|~, сделан еывод, что определяющую роль в магнитооптической активности ортоферритов играет обменпо-релятнвнстское взаимодействие, являпдееся спин-орбитальннм аналогом спин-спинового взаимодействия Дзялояинского-Мория. Определены значения эффективных орбитальных магнитных полей, действующих в состояниях с переносом заряда, величина которых на порядок провышеот поло Дэялошинокого.

5. На основания снектралькнх, полевых и температурных зависимостей ЗЭК установлено. что в пределах экспериментальной точности отсутствует редкоземельный парамагнитный вклад в магнитооптические спектры отражения РБОФ в области температур 10 -300 К в магнитных полях до 4кЭ.

6. В ортоферритах Го, Sm и Ег и в ортохромите LuCr03 обнаружено существование поверхностного мзгнетизма. Показано, что наряду с обычными СПП в P30ï> и з F30X существует целый ряд поверхностных фазовых переходоз.

7. Впервые измерена спектры квадратичного по намагниченности ориентационвого магнитооптического эффекта в ортоферритах Тга, Но и Dy и магнитных полупроводниках CdCr2Se4 и H^Cr^Se^. Обнаружена резкая температурная зависимость и анизотропия ОМЭ.

, 8. По результатам измерения ОМЭ рассчитаны дисперсионные зависимости компонент тензора диэлектрической проницаемости Aelit опрзделящие эти эффекты в РЗОФ. Установлено, что спектры Аб^ имеют анизотропный характер и отличаются более сильной дисперсией по сравнению с недиагональными компонентами. Показано, что значительный вклад в квадратичные магнитооптические эффекты вносят запрещенные

электродипольные переходы. Получены численные оценки изменений параметров низкосимметричного кристаллического поля при СПП Г2 - Г4 в Тга ортофзррите. Сделан вывод, что преобладающую роль в возникновении квадратичных магнитооптических эффектов играет магнитоупругооптический механизм.

9. Впервые проведены измерения оптических и магнитооптических спектров новых магнитных соединений на основе марганца и хрома - манганитов, ортохромитов и хромхалькогенидных шпинелей. Установлено, что поведение магнитооптических спектров большого класса соединений магнитных полупроводников и форродиэлектриков монет быть объяснено на основе рассмотрения разрешенных электродшолышх переходов в октакомплексах (Fe06) , (lînOg)9-, (Hnog)8~, (CrOg) и (CrSsg)--, выделены частоты этих переходов.

3+ 2+

10. Исследовано влияние диамагнитных ионов В1 и РЬ на магштооптическую активность марганцевых перовскитов. Обнаружено усиление переходов с переносом заряда в октакомплеках СИпОе- >®-ггря введении ионов висмута (или свинца) за счет примешивания 6р -орбиталей В1 (РЬ ) к молекулярным србиталям октакомплекса (НпОб)8~.

11. Впервые проведены низкотемпературные исследования анизотроши магнитооптических эффектов отражения для монокристаллов Н1. Обнаружено существование анизотропной тошной структуры ряда аномалий, обусловленной спин-орбитальным взаимодействием. Изучена анизотропия ориентационного магнитсопт1пеского эффекта и установлен феноменологический закон анизотропии С.'О. Предложена шдэль зонной структуры феррсмапштного никеля с обратным порядком уровней в Ь-точке зоны Бриллюэна, в раж ах которой проведено отождествление наблюдаемых особенностей в магнитооптических спектрах с определенны;,а мехзонннми переходами. Определен ряд зонных параметров 111, в том числе наиболее вагный для ферромагнетиков параметр - обменное расщепление 3<1-зон.

12. Впервые иссле.-.ована атшзотропия магнитооптических свойств монокристаллов кобальта, и вычислены значения недиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости. С учетом правил отбора для гексагонального кристалла проведено отозществлепие наблюдаемых аномалий с определенными межзонными переходами. Показано, что величина обменного расщепления АЕЙ!1, необходимая для объяснения магнитооптических свойств; согласуется со значением ДЕЙ(1, предсказанным в теории ферромагнетизма Стонера - Слэтера -Вольфарта.

13. Впервые получены дисперсионные зависимости оптической проводимости и ЭЭК неупорядоченных кристаллических сплавов Ре1_х1!х и (РеСо)1_хЫх (где II: Т1, V, Сг, Нп) в иироком спектральном диапазоне. Обнаружено появление новых аномалий-в оптических спектрах и исследована концентрационная зависимость этих аномалий. Экспериментально обнаружено существование примесных зон ¿1, 7, Сг, Ип в матрице Ре и РеСо

и оценено их энергетическое положение.

14. Исследовано влияние фазовых структурных превращений на оптические и магнитооптические свойства сплавов РеЫ1. Оптическими методами зафиксировано появление упорядоченной по типу 11 фазы в эквиатомных сплавах РеН1. Показано, что амплитуда и характер межзонных переходов зависят от структурного состояния сплава и определяются ближним локальным окружением. Нэднтпе магнитного упорядочения и широкое распределение эффективных магнитных полей на ядрах Ре в аморфных сплавах объясняются неоднородной кластерной структурой.

15. Экспериментально исследована корреляция между структурными, оптическими и магнитооптическими характеристиками магнитолестких сплэеов Ре-Сг-Со. Особенности поведения оптических и магнитооптических спектров при расслоении твердого раствора на изоморфные ОПК фазы объяснены в модели зонной структуры многокомпонентных сплавов переходных металлов с учетом образования примесной зоны атомов хрома в подзоне спинов, ориентированных по намагниченности.

16. Впервые исследован магнитооптический спектр слабого зонного ферромагнетика Н13Л1 в широком интервале температур. Установлено, что ЭЭК в Ш3А1 но испытывает аномалии при переходе через точку Кюри и наблюдается в парамагнитной области температур. Такое поведение объясняется существованием пространственных корреляций спиновых флуктуаций, которые исчезают при температурах значительно

превыпаших Тк.

Обобщая результаты, полученные в диссертационной работе, можно сделать вывод, что они составляют основу нового

8ЗДНМОГО_направления - мапштооатпческая спектроскопия

ферромагнитных Зй-металлов, сплавов и сложных оксидных соединений на основе 3<1-ионов.

Основные публикации по теме диссертации.

1.Krinchik G.S., Gan'shina E.A. " Optical and magnetooptical properties of ferromaqnetic nickel." - Fhys.Letters, 1964,v. 23, p.294-295.

2.Кринчик Г.С.,Ганьшина E.A. , Гуиин B.C. " Спин-СРЁИтальное расщепление 0,7 эВ перехода и электронная структура Ферромагнитного никеля." - Письма в ЖЭТО, 176В, т.8, с. 53-57.

3.Krinchik G.S., Gan'shina E.A., Guschin V,S " Anisotropy of magneto-cptical orientation effect in single crystal of nickel."- J-l de Physique. 1771, v.32, p.C11061 - C11064.

4.Ганьшина E.A., Гущин B.C., Кринчик Г.С. " Ориентациснный магнитооптический эффект в монокристаллах Ni и FeSi. ХЭТФ, 1771, т.60, вып. N1, с. 209-216.

5. Кринчик Г.С., Ганьшина Е.А., Гущин B.C., Зайцева P.C., Миронова /1.С. " Исследование электронной структуры «ерроиагнитнь« металлов оптическими и магнитооптическими методами." - Изв.АН.СССР.сер.«из. 1972, т.36, N 7,

с. 1339-1374.

6. Ганьшина Е.А., Кринчик Г.С. " Квадратичные магнитооптические эффекты отражения в Ферромагнетиках." — ЖЭТФ, 1973, т.65, N5, с. 1970-1978.

7.Ганьшина Е.А., Кринчик Г.С., Миронова Л.С., Тавлин A.C. " Анизотропия магнитооптических свойств монокристалла кобальта.ЖЭТФ, 19е0, вып.2, с. 733-740.

8. Ганьшина Е.А., Кринчик Г.С., Мусаев З.С., Панахор Т.Н. "Изучение электронной структуры Ni-Nb сплавов оптическими и магнитооптическими методами." В кн.»"визика магнитных материалов Калинин, 1983, С.3-7.

7.Ганьшина Е.А., Кринчик Г.С., Мусаев З.С., Панахов Т.Н. "Оптические свойства и процессы упорядочения в тройных сплавах на основе Ni^Fe." - ФММ, 1984, т.58, вып. 4, с.298-305.

10.Ганьшина Е.А., Кринчик Г.С., Мусаев З.С., Панахов Т.М. "Оптические и магнитооптические свойства сплавсв FeCoCr."

ОММ, 1985, Т.59, оып.5, С. 914-920.

11. Ганьшина Е.А., Дхураев Я.Н., Кринчик Г.С. " Влияние легирования 3(1-металлами на оптические и магнитооптические свойства сплавов Fe-Co." В кн.!"Физика магнитных материалов ", Иркутск, 1986, С.67-68.

12. Ганьшина Е.А. , Дхураев Я.Н. , Кринчик Г.С. м Оптические и магнитооптические свойства неупорядоченные сплавов на осноое хелеэа.м Деп. в ВИНИТИ 21.04.87. N2782 В37. 31С.

13.Ганьшина Е.А., Дхураев Д.Н., Ильчук А.Г., Литоинцев В.В. Тсиас Т.А, "Влияние Фазовых структурных превращений на оптические и магнитооптические характеристики сплавов Fe-Ni" - «ММ. 198В, т.65. вып.5, с. 505-511.

14. Валенчик /1. , Ганьшина Е.А., Гущин B.C., Дхураев Д.Н., Кринчик Г.С. "Оптические и магнитооптические свойства аморфных сплавов на основе хелеза." - ФММ., 1969, т.67, вып.1, с.1108-1116.

15.Абрамов Б.О., Ганьшина Е.А., Гущин B.C., Дхураев

Д.Н., Евдокинемко O.A. " Влияние термической обработки на

оптические и магнитооптические свойства сплаоа Fe_.Co._B,,"

74 10 16

-се.Металлоаморфные материалы. Удмуртский университет. Ижевск. 1988, вып.9, 118-124.

16.Кринчик Г.С., Ганьшина Е.А., Гапочка М.Г., Мусаее 3.С.,Золотарев В.П. " Автоматизированная установка для измерения оптических постоянных металлов и сплавов." Москва.1984,Описание экспоната выставки.

17.Ьалыкина Е.А., Ганьшина Е.А., Кринчик Г.С. "Магнитооптические свойства редкоземльных ортоФерритоз в области спин-пореориентаиионных переходов." - ХЭТФ, 1987, т.93, в.5(11), с.1379 - 1887.

18.Балыкина Е.А., ГаньшинаЕ.А., Кринчик Г.С. N Поверхностный магнетизм в тереиевом ортоФеррите." ФТТ, 1988, вып2, с.570-573.

19.БалыкинаЕ.А., ГаньшинаЕ. А., Кринчик Г.С. " Поверхностный спин-переориентационный переход типа Морина в SmFeOT."

Препринт Физического о—ra N s 1987.

20.Балыкина Е.А., Ганьшина Е.А., Кринчик Г.С., Троянчук И.О.

3+

"Влииние ионов Bi на магнитооптические свойства

персэскитоз." - OTT, 1733, т.30.вып.7, с.2215-2216.

21. Ганьшина Е.А., Зенков A.B., Копцик C.B., Кринчик Г.С., Москаин A.C., Трифонов А.И. " Переходы с переносом заряда и магнитооптика фсрритов." - Свердловск, 19В9. - 84с. Рукопись представлена Уральским унизерситетом. Доп. в ВИНИТИ 12.02.90,N 783 -В90.

22.Кринчик Г.С., Ганьшина Е.А., Трифонов А.И. "Магнитооптические свойства манганитсв со структурой пирохлоров". - ФТТ, 1990, т.32. N8, с.2500-2503.

23.Ганьшина Е.А., Тарахано Э.Г. "Магнитные и магнитооптические свойства коеальтопых шпинелей." Москва 1939.tíen.ВИНИТИ, N 4320-В89, 24с.

24.Кринчик Г.С., Ганьшина Е.А. , Трифонов А.И. "Магнитооптические свойства свинецсодерхащих марганцевых перозскитоз."- ФТТ, 1991, т. 33, N5, с.1607-1610.

25. Ганьшина Е.А., Зенков A.B., Кринчик Г.С,, Москвин A.C., Трифонов A.KJ. " Оеменмо-релятивистские взаимодействия и осоеенности магнитооптических свойств Р300."- ФТТ. 1991, т.33, N4, с.1122-1133.

26. Ганьшина Е.Д., Эемков A.B., Кринчик Г.С., Москвин A.C., Трифонов А.Ю. " Квадратичные магнитооптические эффекты отражения в РЗОа."- ЖЭТО, 1991, т. 99, вып 1, с.274.

27.Кудрявцев И.В., Мищенко И.Н., Дуйовик Я., Ганьшина Е.А. "Спиновые Флуктуации в слабоФеррсмагнитных Ni-Al сплавах." — «ММ, 1991, N5, с. 48-52.

28. Ганьшина Е.А., Гущин B.C., Киров С.А., Петруненко И.А., Самарцева Г.П., Сеин В.А. " Магнитные, оптические и магнитооптические свойства и электронная структура магнито*естких сплавов на основе Fe-Cr—Со."- СММ, 1991, вып.7, с 114-122.

29. Falukina Е.А., Gan'shina Е.А., Krichik G.S., Trifonov A.Vu-, Troyanchuk 1.0. "Magneto-optical properties of new manganese oxide coœpounds.¿МММ,.1992, v.117, p. 259-269.

30. Krinchik G.5., Moskvin A.S., Gan'shina E.A., Koptsik S.V., Tri-fonov A.Yu., .Zenkov A.V. " Origin of high

magnetooptic activiti in weak ferromagnets. " - Froc.2nd Int.Symp. Magneto-Optics, Fiz. Nizk. Temp. 1992, v.IB., Supplement, No.SI, p. 5-8.

31. Krinchik G.S., Gan'shina E.A., Chopurova E.E., Kuznotsova I.M., Trifonov A.Yu." Even reflective magneto-optical effects in ferrites garnet and orthoferrites." - Froc.2nd Int.Symp. _ Magneto-Optics, Fiz. Nizk. Temp. 1992, v.18., Supplement, No.SI, p. 9-13.

32.Gan'shina E.A., Guschin V.S., Kirov S.A. , Fetrunenko I.A., Tzidaeva M.I. "fiagnetooptical study of the phase transitions in (Fe-Co-Cr) based hard magnetic alloys,"- Proc.2nd Int.Symp. Magneto-Optics, Fiz. Nizk. Temp. 1992, v.18., Supplement, No.SI, p. 95-98.

33.Gan'shina E.A., Nishanova M.M., Shabalotova E.A., Aminov T.G. "Magnetooptical reflection effects in magnetic semiconductors HgCr^Se^ and HgCr^S^."- Proc. 2nd Int. Symp. Magneto-Optics, Fiz. Nizk. Temp. 1992, v.18., Supplement, No.SI, p. 123-126.

34.Ганьшина E.A., Зенков А.В., Кринник Г.С., Москвин А.С., Мишанова М.М. "Ойменно-релятизистские взаимодействия и анизотропия циркулярной магнитооптики ортоферритов Ег и Но" - «ТТ. 1992, т.34, N11, с.3319-3322

35.Ганьшииа Е.А., Литвинцео B.B., Никитин А*С., Харинский Б.Н. "Исследозание магнитного состояния и электронной структуры □ вакуумных конденсатам зслезз при Фазовых структурных превращениях . " — СИМ, 1992, N1, C.71-B2.

36.ttoskvin A.S., Zerikov A.V., Gan'shina Е.А., Krinchik G.S., Nishanova М.М. "Anisotropy of the circular magneto—optics of orthoferrites: a theoretical consideration on the basis of the charge-transfer transitions and exchange-relativistiq interactions concept". - J.Phys.Chem.Sol. 1993, v.53, N1, 101-105.

37.Ганышлна E.A., Зотов В.В., Нишанооа М.М., Милов В.Н. "Магнитооптические свойства ортоиромитов" - ФТТ, 1993 г., т. 35, выг>2, с. 343-347.

Цитируемая литература.

1. Лихтенштейн А.И., Москвин A.C., Губаноз В.А.

_ 3 +

"Электронная структура Fe центров и обменные вэаимодеиствия а редкоземельных оятоФерритах." - ОТТ, 19Б2, т.24, и. 12, с. 3596 - 3605.

2. Москвин А.С., Латыпсв Я.Г., Гудков В.Г.-"Природя двупреломлния и упругооптические свойства ортоФерритов".-«ТТ, 1983, т.30. в.2, с.413 -419.

3. Callen E.R., Callen Н.В. - " Static magnetoelastic coupling in cubic crystals." - Phys.Rev. 1963, v. 129, N2, p. 579 - 593.

4.Кринчик Г.С., Нурмухамедов Г.М. "Экспериментальное исследование электронной структуры никеля магнитооптическим методом" - ХЭТО, 1965, T.4B, с. 34-39.

5.Tsui D.C., Stark R.W. "The de -Haas -van-Alfen effect in f erromagnetic nickel."- J. Appl. Phy-3. 1963, v.39, p. 1056-1060.

Hodges L.H., Stone D.H., Gold A.V. " Field induced changes in the band structure and Fermi surface of Ni." Phys.Rev.Lett. 1967, v.19,p. 655-659.

6.Conolly J.W.D. "Energy bands in ferromagnetic nickel." — Phys.Rev.1967, v.159, p. 415-426.

7. Zornberg E.I. " Band structure and Fermi surface of ferromagnetic nickel." Phys.Rev.Bl, 1970, p. 244-263.

3. Eatallan F., Rosenman I., Sommers C.B. "Band structure and Fermi surface of hep cobalt." - Phys.Rev.B, 1975, v.11, p.545-557.

9.Беляев А.В.,Котельникова 0.В.,Николаев М.Ю. и др. вазовые переходы и электронная структура сплавов. Ж. ИГУ, 1986, -166 С.

10. Berglund C.N., Bpicer- Ы.Е. "Photoemi s-5i on studies of copper and silver." Phys.Rev., 1964, 136A, p.1044-1064.

41

Зак.601

Тир. 100

ВНИИИМТ