Магнитооптические эффекты в соединениях 3d - элементов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

российская авдщмш нлук

сибирское отделение институт физики ш,!.Л.В.киешс1ЮГО

на правах рукописи

эдеяьман

Ирина Самсоновна

ШЖГООПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В СОЕДИНЕНИЯХ Зй - ЭЛЕМЕНТОВ

01.04.II - физика магнитных явлений

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора физико-математических наук (в форме научного доклада)

Красноярск 1993

—. РОССИЙСКАЯ

!гС^УД.:; „гС^НИАЙ

РаОотЙ" в Институте физики им.Л.В.Киренского

Официальные оппоненты :

доктор физико-математических на:

Крайнее Н.М. доктор физико-математических на]

Ким П.Д.

доктор физико-математических на!

Иванов А.А.

Ведущая организация: Физико-технический институт

низких температур АН Украины

Защита состоится 1&¿рЫ/ж1993 г. в часе

на заседании специализированного совета Д 002.67.02 при Институте физики им.Л.В.Киренского СО РАН по адресу 660036 Красноярск, Академгородок, Ш СО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики им.Л.В.Киренского СО РАН

Диссертация разослана. 10АЫ?суг; 1995? г.

Ученый секретарь

специализированного совета Д 002.67.02 доктор ф.-м. н.

В.В.Вальков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

I. Актуальность темы.

Неослабевающий интерес к магнитооптике связан, прежде всего, с возможностью использования магнитооптических материалов в коммуникационных и информационных системах, а для этого необходимо проведение исследований, направленных на разработку новых эффективных материалов для различных областей спектра, удовлетворяющих все возрастающим требованиям практики. Сложная зависимость магнитооптических эффектов от различных взаимодействий в твердом теле затрудняет теоретические оценки возможных величин и спектральных зависимостей магнитооптической эффективности конкретных материалов. Поэтому практически единственным методом решения задачи является постановка целенаправленного эксперимента.

В предлагаемой работе проведено исследование комплекса магнитооптических эффектов в проходящем и отраженном свете на серии известных материалов с хорошо изученными магнитными свойствами, подобранных по принципу постепенного усложнения ионного состава и типов ближайшего окружения магнитоактивных ионов. В качестве такой серии были выбраны борат железа, содержащий только трехвалентные ионы железа электронной конфигурации Зй5, занимающие только октаэдрические позиции; ферриты-шпинели, содержащие только Зй5 ионы, но в двух типах позиций - октаэдрической и тетраэдрической, и, наконец, ферриты-шпинели, содержащие ионы двух различных электронных конфигураций в двух типах позиций. Такой подход позволил выявить роль различных по природе электронных переходов в формировании спектров магнитооптических эффектов и разделить процессы, ответственные за сильное поглощение, с одной стороны, и собственно магнитооптические аффекты, с другой стороны.

Полученные при изучении ферритов закономерности были использованы для объяснения магнитооптических свойств и разработки путей оптимизации магнитооптических параметров нового типа материалов - системы оксидных стекол с примесями элементов переходной группы. В этой системе были получены рекордные для стекол величины магнитооптической добротности в ближней ИК области спектра.

Высокая информативность магнитооптических эффектов позволяет с их помощью исследовать и целый ряд других физических свойств материала, а в некоторых случаях они являются единственным прямым

-3-

источником информации о структуре и свойствах электронных состояний в веществе. Такая ситуация сложилась с магнитными полупроводниками на основа халькошпинелей хрома: впервые проведенное нами исследование магнитооптических эффектов в CdCr2Se4 в полосе поглощения не только выявило особенности проявления этих эффектов в ферромагнетике с полупроводниковым типом проводимости, но и дало набор возбужденных электронных состояний этого соединения, 'что послужило основой построения многоэлектронной модели магнитного полупроводника.

Одним из важнейших результатов проведенного исследования является выявление различной природы электронных процессов, ответственных за поглощение и за магнитооптические эффекты в ряде материалов, что открывает путь конструирования материалов с высокой магнитооптической добротностью.

2. Состояние вопроса к началу исследования по теме диссертации.

I) Борат железа FeB03.

Борат железа FeBOg, впервые синтезирован Берналом в 1Э63г. И]. Обстоятельный обзор физических свойств РеВ03 и результатов всех известных исследований, выполненных до 1984 г., включая работы автора предлагаемой диссертации, дан в [2]. Первые исследования оптических и магнитооптических спектров FeBQg были проведены Куртцигом, Вольфом, Лв Кроу и Ншьсоном [3-5], которые показали, что этот материал прозрачен до «v 400 нм, что является необычным для ферромагнитных материалов с температурой Кюри, превышающей комнатную температуру. Два широких максимума в спектре поглощения в области 0.6 и 0.9 мкм не проявились в спектре эффекта Фа-радея (ЭФ). Аналогичные результаты были позднее получены в [6,7].

В [8,9] получены низкотемпературные спектры поглощения с рядом узких полос в области перехода которые были связаны с экситонным возбуждением и его магнонными и магнонфоиошзы-ми повторениями. При этом авторы [8,9]использовали идеи о происхождении поглощения в области запрещенных d-d переходов, развитые в ряде исследований антнферромагнетиков и обобщенные в [10]. (Мы также использовали эти идеи при интерпретации результатов). Топкая структура полосы 4Т1с. рассматривалась тон же в [11]. Таэулъ-

16 -4-

тага исследований упругих, спиновых волн, романовского и мандель-штам-брилюэновского рассеяния в ЕеВ03 приведены в [12-17].

В борате железа ГеВ03,обнаружена и исследована целая группа чрезвычайно интересных фотомагнитных явлений (см. например, [18-221), для понимания которых необходимо знание деталей электронной структуры и спектра возбужденных состояний кристалла.

Из всех перечисленных выше работ к началу наших исследований были опубликованы лишь [4-7], так что в дальнейшем исследования велись параллельно с другими исследовательскими грушами.

2).Ферриты-шпинели.

Ферриты со структурой шпинели - один из основных типов магнитных материалов, применяемых в СВЧ-электронике. Магнитные свойства ферритов-шпинелей исследованы чрезвычайно глубоко и всесторонне и представлены в делом ряде монографий (см.,например,[23]). Однако, их магнитооптические свойства, в отличие от магнитооптических свойств ферритов-гранатов, исследовались мало. К началу наших исследований были известны лишь несколько работ, посвященных магнитооптике литиевого феррита в полосе его прозрачности (Е < 15000см-1) 124-25], ряд эпизодических исследований ЗФ в различных ферритах [26,27], исследования поглощения в магнетите [283 и работа [29], посвященная ЭФ в кобальтовом феррите. Позднее и одновременно с нашими исследованиями был проведен комплекс исследований магнитооптических свойств ферритов-шпинелей в отраженном свете в МГУ под руководством Г.С.Кринчика(например, [30-32]), а в [33] проведено сравнение спектров эффекта Керра в ферритах-шпинелях и ферритах-гранатах.

3).Оксидные стекла с магнитными примесями.

Оксидные стекла традиционно применяются в качестве рабочих элементов устройств, использующих ЭФ. Обычно удовлетворительные значения ЗФ достигаются за счет введения в стекло оксидов РЗ элементов. Наилучшими стеклами в настоящее время считаются стекла с тербием,характеризующиеся константой Верде порядка 0.1мин.см~13~1 в видимой области спектра,и ведутся поиски составов и условий изготовления, которые могли бы существенно увеличить этот параметр*)

*)Стекла на основе редкоземельных оксидов исследовались также и в наших работах (например, [35]), однако, будучи незавершенными, эти исследования в диссертацию не включены.

Одним из заманчивых, путей представляется создание стекол с ферромагнитным упорядочением путем введения в них элементов группы железа, так как ЭФ в ферромагнитных веществах на порядки больше, чем в парамагнитных. Известен ряд работ, в которых описаны свойства такого рода стекол (например,[36-48]).

Исследования магнитных, свойств, рентгеновской дифракции, спектров эффекта Меосбауэра показали, что при достаточно высоких концентрациях оксида железа [38-40,42-45,48], марганца 136,47], кобальта [39,41] и других переходных элементов в стекле формируются магнитоугорядоченшэ частицы, как аморфные, так и кристаллические, в зависимости от условий изготовления и последующей обработки стекла. При этом стекло в целом обладает значительной величиной намагниченности и ведет себя во внешних магнитных полях подобно ферромагнитным материалам. Однако, такие свойства стекла наблюдаются при концентрациях парамагнитных добавок, приводящих к полной потере прозрачности стекла и, соответственно, невозможности не только использовать, но даже измерить ЭФ.

В середине семидесятых годов б Государственном Оптическом Институте им. С.И.Вавилова O.A.Степановым с сотрудниками были получены алюмо-калиево-боратные стекла, в которых необычные магнитные свойства наблюдались при крайне низких концентрациях добавок оксида железа [49-52]. Обладая характерной для ферромагнитного материала магнитной восприимчивостью и магнитной анизотропией, эти стекла оставались прозрачными практически во всем видалом диапазоне и блинией ш области спектра. Уже первое совместное исследование показало, что величина ЭФ в таких стеклах на порядки превышает ЭФ в парамагнитном стекле с такой же концентрацией оксида железа, были выявлена также нелинейная полевая зависимость ЭФ и магнитный гистерезис [53]. Кроме того, оказалось, что ЭФ и его спектральные, полевые и температурные зависимости чрезвычайно чувствительны ко всем технологическим параметрам изготовления стекла. Дальнейшая совместная работа с использованием ЭФ в качестве основного инструмента исследования и привлечением ряда других методов: рентгеновской дифракции, эффекта Мессбауэра, маг-нитостатичаских измерений позволила описать и объяснить физические свойства системы алшо-калиево-боратных стекол, содержащих примеси как оксида железа, так и оксида железа вместе с оксидами других парамагнитных элементов - марганца, кобальта, гадоли-

-6-

ния. Сочетание магнитных свойств, присущих ферромагнитному материалу, с прозрачностью в видимой и ближней ИК областях спектра позволяют считать эту систему уникальной, во всяком случае, до сих пор не сообщалось о получения стекол, обладающих таким сочетанием свойств.

4).Магнитные полупроводники.

Магнитные полупроводники обладают рядом уникальных физических свойств, в том числе и оптических. С другй стороны, оптические и магнитооптические метода, вследствие их высокой информативности, традиционно используются при изучении полупроводников. Сильное поглощение тройных халькогенидов хрома в видимой области спектра до начала нашей работы не позволяло в полной мере использовать возможности оптических методов для их исследования. В восьмидесятых годах в Институте физики СО АН СССР был,, синтезированы тонкие пленки С<Юг25ед что дало возможность исследовать весь комплекс магнитооптических аффектов, а также и оптическое поглощение в них в интервале энергий 1-3 эВ. Продвижение в более высокоэнергетическую область спектра является принципиально важным, так как именно этой области соответствуют внутриконфигурационные переходы в локализованных ионах хрома и анализ магнитооптических спектров мокет дать значения энергий возбужденных уровней. С другой стороны, полоса фундаментального поглощения формируется, в основном, межзонными переходами. Поэтому сравнение оптических и магнитооптических спектров позволяет выделить вклады в поглощение и в магнитооптические эффекты от межзонных и локализованных электронных переходов и получить новую информацию об этих типах переходов. Исследование магнитооптических эффектов в СйС^е^ представляет и самостоятельный интерес, так как это один из немногих материалов, где наблюдается магнитное упорядочение ионов хрома при достаточно высокой температуре, причем в отличив от всех рассмотренных наш ранее соединений здесь имеет место ферромагнитное упорядочение.

К началу настоящего исследования был накоплен довольно большой экспериментальный материал по оптическим свойствам СсЮ^е^ (см..например,[54-57]). Одним из интереснейших свойств магнитных полупроводников является сильное влияние магнитного поля и магнитного упорядочения на оптическое поглощение. Первые исследования этого явления были выполнены вГ54), где был обнаружен так на-

-7-

зываемый красный сдвиг низкоэнергетической части края поглощения (в области 1.2-1.4&В) при охлаждении монокристалла СйСг2Бе4 низке Тс.Позднее это явлений наблюдалось всеми авторами, исследовавшими оптические свойства СсЮг^Бе^. в этой области спектра был обнаружен также сильный магнитный круговой и линейный дихроизм [58] и красный сдвиг максимума эффекта Фарадея[573. В связи с этими экспериментами был предложен ряд моделей (например,[59-60]), описывающих электронную структуру этого соединения и более или менее удовлетворительно объясняющих красный сдвиг края поглощения. Однако полной согласованной картины энергетической структуры и обусловленных ею оптических, фотоэлектрических и фотомагнитных свойств СсЮ^Бед не было. Систематическое исследование оптического поглощения, кругового и линейного магнитного дихроизма в широкой спектральной области на достаточно прозрачных образцах, например, на тонких пленках, дало бы возможность продвинуться вперед в понимании оптических свойств и электронной структуры одного из важнейших представителей магнитных полупроводников.

3.Основные цели работы.

1) Установление связи между характером электронных переходов и магнитооптическими эффектами на этих переходах в соединениях с Зб-иовами различной конфигурации.

2) Установление соотноиения между величинами и спектральными зависимостями магнитооптических эффектов и оптического поглощения в этих соединениях.

3) Получение и объяснение температурных зависимостей магнитооптических эффектов в различных областях спектра.

4) Изучение и объяснение природа магнитооптических эффектов в оксидных стеклах с примесями Зй-элементов.

Б) Разработка рекомендаций изготовления стекол с оптимальными магнитооптическими параметрами.

6) Изучение магнитооптических спектров магнитного полупроводника СсЮ^Зе^ в области сильного поглощения и построение схемы возбужденных энергетических уровней этого соединения.

4.Новизна, научная ценность и практическая значимость работы Впервые исследованы магнитооптические эффекта в полосе поглощения и их температурные зависимости в ряде магштоупорядочен-

-6-

ных материалов на основэ Зб-эломентов различных электронных конфигураций: борате железа РеВ03, ферритах-шпинелях 7-Ре203, Ы0 5?е2 504, Ге304, СоРе204, Сох0ГуГе2_х_уО4, магнитном полупроводнике СйСг2Зе4; получены уровни возбужденных электронных состояний Зй-ионов в этих соединениях, объяснены температурные зависимости магнитооптических аффектов в различных областях спектра, определена магнитооптическая эффективность различных электронных переходов- Получено описание и объяснение магнитных и магнитооптических свойств нового класса материалов - оксидных стекол с примесями 31-элементов, обладающих магнитооптическими эффектами ферромагнитного типа с сохранением прозрачности в видимой и ближней ЙС областях спектра. Показано, что в ряде случаев магнитооптические аффекты и сильное поглощение в соединениях Зб-элементов обусловлены различными электронными переходами, что открывает возмокности направленного управления магнитооптической добротностью материалов. Создана экспериментальная основа для теоретического построения многоэлектронной модели магнитного полупроводника.

5. Апробация работы и публикации.

Основные результаты работы докладывались на Всесоюзных конференциях по физике магнитных явлений (1975, 1977, 1981, 1983, 1985, 1991), Международных коллоквиумах по физике тонких магнитных пленок (1972, 1975, 1979), Всесоюзных семинарах по аморфному магнетизму (1980, 1983, 1986), Международной конференции по магнетизму 1СМ (1991), Международной конференции ЖГЕШО (1984), Всесоюзном семинаре по магнитному резонансу и спиновым волнам (1975), Всесоюзной конференции "Монокристаллические магнитные пленки" (1977), Всесоюзной школе-семинаре "Новые магнитные материалы для микроэлектроники" (1980), Всесоюзном совещании по теории полупроводников (1985), Всесоюзном совещании "Химическая связь, электронная структура и физико-химические свойства полупроводников и полуметаллов" (1985). Материалы работы изложены в публикациях [61-100], а также в трудах и тезисах международных и Всесоюзных конференций.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Т. Использованные йетодики.

Измерялись спектральные, температурные и в ряде случаев полевые зависимости ЭФ, магнитного кругового дихроизма (МКД) и магнитного линейного дизсроизма (ШГД), оптического поглощения, меридионального и экваториального эффектов Керра (МЭК и ЭЭК) по методикам, описанным в [63,64,72,1001.

Исследованный спектральный интервал - от 1.2 мкм (10 ОООсм-1) до длины волны, соответствующей исчезновению прозрачности каждого образца в проходящем свете, и до 300 нм (33 ООО см-*) в отраженном свете. Это обеспечило уверенное наблюдение ряда самых низкоэнергетических внутриконфигурационных электронных переходов, и области края фундаментального поглощения всех исследованных материалов.

Магнитное поле обеспечивало намагничивание каждого образца до насыщения в желаемом направлении.

Температурный интервал, как правило, 78-300К, в ряде случаев использовалось охлаждение до ZOK, а так же нагревание до 500К. 2. Исследуемые образцы.

Монокристаллы 1еВ03 в виде тонких пластин толщиной 10-40 мкм были получены методом спонтанной кристализации из раствора в расплаве В.Н.Селезневым в Институте физики им.Л.В.Киренского.

Монокристаллическив эпитаксиальныв пленки ферритов получались методом химических транспортных реакций на сколе кристаллов MgO. Пленки литиевого феррита были изготовлены в Куйбышевском педагогическом институте В.П.Гаврилиным, пленки 7_I'e203, Fe304, CoFe2C4 и CoxCryFe2_x_y04 были изготовлены П.Г.Пынько.В.Д.Баури-ным и К.П.Коваль в Институте физики им.Л.В.Киренского.

Стекла состава ixKgO уА1203 (1 оо-х-у) 020з+п1 ^¿Од+п^Оз шш rigMO], где х, у- молярная концентрация, п, и п2- массовые концентрации сверх 100Ж основного состава, М-Мп, Со или Gd, были изготовлены в ГОИ им.Вавилова под руководством С.А.Степанова. Стекла варились в окислительных или нейтральных условиях и подвергались дополнительным термообработкам в различных режимах.

Тонкие пленки CdCr2Se^ получались в Институте физики В.П.Кононовым методом термического испарения компонент из отдельных ис-

-10-

точников I101]. Температура Кюри и намагниченность насыщения однофазных пленок соответствовали литературным данным для массивных кристаллов так же, как это имело место в случае ферритовых пленок. Для магнитооптических измерений отбирались однофазные пленки толщиной 1000-400 осажденные на прозрачные подложки.

3. Магнитооптические спектры и спектр возбужденных состояний РеВОд.

Результаты измерений МОЭ в РеВОд приведены в работах: ЭФ[61, 62], ЭЭК[63,64], МДЦ[бЗ,67-71 ], МКД[70-71], оптического поглощения [61,62,64,70,71]. В той части результатов, где имеются публикации других авторов, наши данные совпадают с опубликованными.

Как оптические, так и магнитооптические спектры РеВ03 изобилуют экстремумами с довольно сложным температурным доведением. Весь исследованный спектральный интервал можно разбить на несколько областей, отличающихся характером магнитооптических спектров, соотношением различных магнитооптических аффектов между собой и с оптическим поглощением, температурным поведением параметров магнитооптических резонансов.

I.Область Г0000-12000см"Т(1.2-1.5 эВ) (рис.1 в [71]). При комнатной температуре наблюдается широкая бесструктурная полоса поглощения с максимумом 11000см-1. На спектре ЭФ вта полоса не проявляется даже при 77К, что было ранее отмечено в [С]. В спектрах МКД и МЛД при комнатной температуре имеются широкие пики крайне малой амплитуды диссипативной и дисперсионной формы соответственно. При охлаждении .на низкоэнергетическом крыле как пика поглощения, так и пиков МКД и МЛД появляется серия узких полос, совпадающих с полосами, наблюдавшимися ранее в спектрах поглощения [С, 8,11]. При этом максимумам полос в спектре поглощения соответствуют максимумы в спектре МКД и точки перегиба в спектре МЛД. 2.Область 14000-18000СМ-1(1.7-2.23 8В) (рис.1 в [711) . В спектре поглощения наблюдается еще более широкая, чем в предыдущем случае бесструктурная полоса с максимумом 16000см-1, форма и положение которой практически не изменяются при охлаждении. В спектрах ЭФ и МЛД вта полоса совершенно не проявляется вплоть до 77К. В спектре МКД наблюдается некоторая особенность скорее дисперсионной, чем диссипативной формы, однако, характерные точки этой кривой не связаны с максимумом поглощения.

-II-

3.область 210Ш-24ССЮСМ-1 (2.6-3.0 эВ) (рис.3 в [79]). На фоне края полосы сильного поглощения наблюдается довольно острый асимметричный пик (обнаруженный впервые нами [611, а затем наблюдавшийся в [8,9]). Этому пику соответствуют наборы резонвн-сов МКД и МДЦ. При этом основные компоненты расщепления в спектре МДД имеют разные знаки, а в спектре МКД - одинаковые. Эта особенность отражается и на спектре ЭФ.

4.При энергиях, больших 24000см-'1 (З.ОэВ), из-за сильного поглощения падает информативность аффектов,наблюдаемых в проходящем свете. С помощью ЭЭК, измеренного при двух углах падения, и оптических констант, измеренных в отраженном свете, мы получили спектр мнимой части д" недиагональной компоненты тензора диэлектрической проницаемости е [64], в котором наблюдается еще ряд резонансных особенностей вплоть до внергии 32000см'~1(3.9эВ). в области, где наблюдаются и МВД, и ЗКК, спектры МКД и й" совпадают.

Все особенности, наблюдаемые в спектрах, соотнесены с внут-риконфигурационными переходами в Зй5-ионе Ре3+:бА1ц-»-4Т^(4Х}) (А-

полоса), 4Т2е(4С)(В-полоса), 4А18>4Ее( О(С-полоса) и

4Т2£(4В) (Б-полоса) и их магнонными и вкситон-магнонными повторениями и получены значения величин кристаллического поля А = 12700см-1 и параметра Рака В = 680см"1.

В [64] и [71 ] оценена величина магнитооптической активности различных по природе полос в спектре МКД и ЩД, определяемой как отношение нулевых моментов резонансов МКД и МДД к нулевому моменту поглощения. Для узких полос величины магнитооптической активности по МКД и МДЦ близки между собой и составляют а а 0.1 в то время, как для процессов, формирующих широкие купола (например, на А-полосе) значения а существенно ниже:'а^ур 5.6 10~2, Ощд= 1.8 Ю-2 (при 90К) и более сильно падают с возрастанием температуры.

Различив форм полос А и В и их температурных зависимостей объяснено нами 170,713 особенностями электронно-колебательных взаимодействий в РеВОд, там же получены оценки параметра связи экситон-магнонного колебания с решеточными и локальными колебаниями и сделано предположение, что, именно, величина этой связи определяет характер спектра (наличие или отсутствие узких экситон-

магнонных линий): при малом параметра связи р<1 должна наблюдаться сильная екситон-магнонная линия, ее фопонные повторения или слабы, или вообще отсутствуют, при сильной связи p/v 10 интенсивность экситон-магнонной линии будет ничтожно мала, а ее повторения будут незаметны из-за постепенного утирания, если же рл/1 может наблюдаться как довольно интенсивная экситон-магнонная линия, так и серия ее фоношшх повторений. Последняя ситуация и имеет место для А-полосы.

Проведенный анализ позволяет однозначно утверждать, что магнитный дихроизм в FeB03 в спектральной области до 25000см-1 связан с внутриконфигурационными d-d переходами в Ре3+.

Совершенно иная картина наблюдается для ЭФ. Как и другие авторы t3,5-7], мы не обнаружили в спектральной зависимости ЭФ' в РеВ03 особенностей, связанных с d-d переходами вплоть до 22000см-1. Кроме того спектр ЭФ в видимой области описывается зависимостью диамагнитного типа

а = А л.2/(А2-л|)2, (1)

а не парамагнитного, как этого можно было бы ожидать. Такой же результат получился при обработке данных по ЭФ из [71. При этом полученная экстраполяцией величина Xq не зависит от температуры в то время, как положение края поглощения и энергии всех d-d переходов сильно зависят от температуры. Отсюда можно заключить, что электронный переход (или переходы), ответственный за ЭФ, не является определяющим в формировании края поглощения, с одной стороны, и отличается по природе от d-d переходов, с другой стороны.

В [102] исследована дисперсия ЭФ в одногодрешеточном ферри-

о |

те-гранате GagFe^Ge^O^, в котором ионы Ре занимают октаэдри-ческие позиции. Показано, что она хорошо аппроксимируется зависимостью (1), которая возможна в случае, когда ЭФ связан с разрешенными прямыми межконфигурационными переходами в S-ионе [103] или переходами с 2р-орбиталей аниона О2- на катионы Fe3+. Исходя из независимости А.0 от температуры логично связать наблюдаемый ЭФ с первым из этих типов переходов.

4.Магнитооптические свойства ферритов-шпинелей.

Успехи тонкопленочной технологии ферритов, достигнутые в конце шестидесятых-начале семидесятых годов, в частности, в Инс-

титуте физики им. Киронского и в проблемной лаборатории Куйбышевского педагогического института, позволили получить качественные пленки ферритов-шпинелей, не отличающиеся по свойствам от массивных кристаллов, что подтверждается сравнением спектров ЭЭК и МЭК на пленках и монокристаллах соответствующих составов. Это позволило провести комплекс измерений ЫОЭ в ферритах в проходящем свете вплоть до энергий 3+3.5 эВ, впервые измерить МКД, (Щ и ЭФ в этих соединениях в области нижайших по анергии d-d переходов и края полосы поглощения и проследить их температурные зависимости. Для удобства изложения результатов в табл.1 приведено распределение ионов по годрешеткам и магнитные моменты на узлах для исследованных ферритов. Октаэдрическая подрешетка ориентируется вдоль внешнего магнитного поля и в этом смысле ферриты-шпинели как бы противоположны ферритам-гранатам, в которых тетраэдрические ионы определяют направление суммарного магнитного момента во внешнем поле. Поэтому детальное исследование магнитооптических спектров ферритов существенно дополнит понимание природа мегнитооптичес-киих эффектов ь кубических кристаллах.

Таблица I

Феррит Ионы в Ионы в Магн.мом. Магн.мом.

- А-узлах В-узлах в А-узлах в В-узлах (тетраэдры) (октаэдры) цв цв

Ь10.5Ре2.5°4 Fe3+ МО!5+ Ре1 !б 5 7.5

7-Рег03 Fe3+ □5 +Fe3+ 5 6.625

Fs3°4 Fe3+ Fe2++ Fe3+ Б 9

CoFe204 Fe34 ' Fe3++Co2+ 5 8

СохСгуРе2-х-у°4 Fe3++Co2+ Cr3+ т Fe3+

)*0 - кислородная вакансия.

Свойства ферритов-шпинелей поддаются управлению в широких пределах путем варьирования их составов без изменения кристаллической структуры. При этом возникает возможность проследить вклада различного типа электронных переходов в магнитооптическую

-14-

активность для ионов разной электронной конфигурации. И, наконец, данные, полученные при изучении ферритов, послужили необходимой базой для объяснения физических свойств нового прозрачного магнитного материала - стекол с добавками парамагнитных элементов, которым посвящена следующая часть работы.

По сравнению с боратом железа край поглощения в ферритах сдвинут в более низкоэнергетическую часть спектра и поэтому в их исследовании более важную роль играют измерения эффекта Керра. ЭЭК и оптические константы в пленках и массивных монокристаллах литиевого феррита исследованы в [72], а в аналогичном ему по типу магнитоактивного иона и его ближайшего окружения у-Ге^Од МЭК исследован в [73,741. В [76,783 получены спектры МКД и МЛД этих двух соединений и их температурные зависимости. Магнитооптические спектры литиевого феррита и маггемита идентичны и весьма существенно отличаются от спектров поглощения. Принципиальное различив между спектром поглощения и спектрами ЭЭК, МКД и МЛД и локализация особенностей последних в сравнительно узких участках спектра так же, как в случав РеВО , позволяют заключить, что они обусловлены d-d переходами в ионе Fe3t

Табл.2. Значения В в свободном ионе Fe3+ и В и Д в Fe3+ в окта- и тетра- позициях в Ll0 5Fe2i504 и Y3Fe50j2-

' свободный ион В = 1058 см

октаэдрические позиции

Ы-феррит

источник [891 [90] [91]

расстояние металл-о лиганд.А

2.08

589 13970

2.00

530 " 650 540

13000 14800 14600

тетраэдрические позиции

расстояние

металл-«

лиганд.А

1.8

659 7640

1.88

7G5 5G00

610 9900

550 8300

В 172) проведена идентификация линий ЭЭК, которая затем была уточнена в 179) с учетом данных по МКД и МЛД; получены значения В и А для иона Fe3+ в октавдрических и тетраэдрических позициях в структуре шпинели, которые приведены в таблице 2 наряду с данными ряда известных авторов для иггриввого феррита-граната, откуда видно удовлетворительное соответствие наших данных общим положениям теории кристаллического поля и данным по Y3Fe50j2.

Как в литиевом феррите, так и в феррогранате значения параметра Рака В в октаэдрах меньше, чем в FeB03, что указывает на меньшую степень ковалентности связи иона Fe3+ с окружениемв FeBOg. С этим обстоятельством может быть связано резко различное температурное поведение нижайших по энергии полос 6Ag-r4Tg в литиевом феррите и в FeB03: в отличие от последнего, в литиевом феррите при охлаждении в спектре МЛД в этой области наблюдается лишь широкая бесструктурная полоса и не появляются узкие линии, которые можно было бы трактовать , как экситон-магнонные. В то же время температурная зависимость приведенной интенсивности этой полосы, которая приблизительно на порядок меньше интенсивности широкого купола одноименной полосы в FeBO при соответствующих температурах, близка по характеру к температурной зависимости экситон-магнонной линии в FeBO , как это видно из сравнения рис.2а в [701 и рис. 6в в [78]. Аналогичная температурная зависимость получена и для всех остальных полос, наблюдаемых в спектре МДЦ литиевого феррита 176, 78]. Это дает достаточно убедительное основание считать экситон-магнонное взаимодействие основным механизмом разрешения переходов, наблюдаемых в спектре литиевого феррита.

Спектры ЭФ литиевого феррита и маггемита подобны спектрам ЭФ бората железа и иттриевого феррита-граната.

Присутствие в составе' ферритов ионов другой координации кардинально изменяет их магнитооптические спектры: превалирующими становятся особенности, связанные с разрешенными по спину d-(l переходами в этих ионах. Это наблюдается, как в спектрах ЭЭК, Ш{Д и МЛД, так и в спектрах ЭФ.

Наиболее подробно из таких ферритов исследованы магнетит Fe304[73,74], содержащий ионы Fe2+ электронной конфигурации 3d6 в октавдрических позициях, и кобальтовый феррит, содержащий за'-ио-ны Со2+.

Заметим, что для исследования отбирались только те пленки

-16-

магнетита, на которых отчетливо прослеживался фазовый переход металл-диэлектрик Вервея вблизи 100 К. Спектры МЭК для таких пленок полностью совпадали со спектрами МЭК массивных монокристаллов магнетита С73]. Есе наблюдаемые в магнитооптических спектрах таких пленок особенности удалось связать с переходаами в ионе Ре2+ с преобладающим вкладом переходов и

5Т2д(3Б). При этом МКД наблюдался на обеих, а МДЦ только на втором переходе. Определенные по энергиям рвзонансов значения В и Д хорошо согласуются с данными по рассеянию и поглощению мягкого рентгеновского излучения и катодолюминесценции на массивных монокристаллах Ре304 (1071.

Магнетит оказался одним из немногих магнитоупорядоченных материалов, обладающих большой величиной ЭФ при комнатной температуре в ближней ИК области. В интервале энергий 1.0 + 1.8 эВ ЭФ составляет ЗЛО4 град/см. Температурная зависимость МОЭ в Ре304 также отличается от температурной зависимости МОЗ в ферритах, содержащих только 3(1° ионы. При температурах, выше температуры Вервея, температурный ход МОЭ практически повторяет ход намагниченности насыщения, т.е., в отличие от переходов в литиевом феррите, разрешаемых за счет энситон-магнодаого взаимодействия, здесь приведенная интенсивность линий не зависит от температуры. При температуре ВерЕея, когда намагниченность уменьшается скачком на «ЛОЖ, МОЭ полностью исчезают. Это связано, повидимому с понижением симметрии при фазовом переходе и появлением эллиптичности, которая резко ухудшает условия наблюдения ЭФ.

В случае кобальтового феррита все особенности магнитооптических спектров укладываются в схему переходов иона Со^+ . Более того, на сериях образцов СохСГуРе2_х_у04 при изменении величин х и у наблюдается перестройка магнитооптических спектров, связанная с перераспределением ионов Со2+ мевду тетраэдрическими и ок-таэдрическими позициями. По мере увеличения концентрации Сг спектры ЭФ и МВД в области 0.5-0.7 мкм полностью перестраиваются (рисЛ в [77]). Эта перестройка существенна и с прикладной точки зрения, т.к. появляется пик ЭФ на длине волны Не-Ие лазера 0.63 мкм, в котором достигается удельный ЭФ-2.7. Ю4 град.см-1. .

Как известно, (см табл.2), в кобальтовом феррите стехиомет-рического состава тлеются ионы Со2+ в октаэдрической координации

Ql

и ионы Ге в окт&эдрической и тетраэдрической координациях. пноргетический спектр Со2+ в октаэдрах описывается диаграммой Тачаое-Сугано для ¿^-электронной конфигурации [109]. Ионы Сг3+ в структуре шпинели располагаются исключительно в октаэдрических позициях вследствие очень большой энергии предпочтения [110]. При этом происходит переход ионов Со2+ из октаэдрических позиций ] в тетраэдрические. (Такой же процесс имеет место в случае составов Со^Тед^Од при х>1).

В конфигурации 3d7 в октаэдрах и в тетраэдрах имеются разрешенные по спину d-d переходы в видимой и ближней Ж облаете спек-

к О,

тра, тогда как в конфигурации 3d (ион Fe ) все переходы запрещены по спину. Поэтому, а так же потому, что спектр МКД кобальтового феррита резко отличается от спектра МКД литиевого феррита,

Ох

содержащего только ионы Ге', мы предположили, что магнитооптическая активность кобальтового феррита в основном связана с ионами Со2+ и сопоставили два максимума в спектре МКД кобальтового феррита (рис.1 [775) с переходами ^gi4?) -^A^i4?) и ^Т^4?)^ 4T1 нова Со2+ в октаэдрах. При такой идентификации получили tQKf = 8100 см-1 и BQKT = 800 см-1. йде один разрешенный по спину

переход 4T1g(4T') ^ggt4?) должен наблюдаться при энергии 7870 см"1. При введении ионов Сг3+ и переходе ионов Со2+ в тетра-эдрические позиции уменьшаются интенсивности резонансов, связанных с переходами в октаэдрах, и появляются новые резонансы, которые обусловлены переходами в тетраэдрах.

Спектры МКД кобальтового феррита и феррита-хромита согласуются с данными рвбот, в которых исследованы спектры поглощения ионов Со2+ в октаэдрах в решетке MnFg [111] и в тетраэдрах в решетке MgAl204 [112].

В пленке феррита-хромита состава Со0 55Fe1 8сг0 б504 была осуществлена термомагнигная запись информации и считывание записанной матрицы с помощью He-Ne лазера [77].

Полная перестройка спектра МКД при перераспределении ионов Со2+ по подрететкам еще раз свидетельствует в пользу концепция о решающем вкладе d-d переходов в формирование спектров магнитного дихроизма в видимой области спектра. В отличие от бората железа,• маггемита, магниевого и литиевого ферритов, в кобальтовом феррите и ЭФ в видимой области определяется d-d переходами.

-18-

5. Эффект Фарадея и магнитные свойства адюмоборатных стекол с примесями оксидов переходных элементов [81-891.

Стекла системы хК?0.уА1203.(100-х-у)В203, не содержащие примесей оксидов переходных элементов, обладают магнитооптическими свойствами, типичными для диамагнетиков: ЭФ положителен, линеен по внешнему магнитному полю и описывается выражением (I). При этом для всех использованных вариаций основного состава ^ и А одинаковы с точностью 2-3% и равны Л,0=1Б0 нм и А=0.23мин./см.Э. Для А.=1мкм значение константы Верде У=(0.0055+ 0.0001С)мин./см.З.

ЭФ в стеклах,содержащих добавки только оксида железа, рассмотрен в [81]. По мере возрастания концентрации С оксида железа изменения ЭФ сначала линейны по С. Для определения вклада ионов железа в ЭФ из полного измеренного фзрэдеевского поворота вычитался ЗФ, предварительно измеренный в основном -стекле. Полученный таким образом ЭФ имеет отрицательный знак, что характерно для парамагнитного вращения, линеен по магнитному полю, но его дисперсия, как в случае РеВ03, близка по форме к диамагнитному типу (I). При этом Л.0=300 нм, что существенно больше, чем в основном стекле, а значения А различны для различных соотношений х:у: для х:у=2 А приблизительно вдвое больше по сравнению с х:у=1.

Знак ЭФ и отличив к0 от величины в основном стекле говорят о том, что ЭФ в данном случае обусловлен парамагнитными ионами тлеза. Диамагнитный характер спектра ЭФ либо может быть связан с разрешенным прямым межконфигургмтпнкым переходом в Б-ионе, каковым является ион Ре3+, либо переходом с переносом заряда с 2р-орбиталей аниона на катионы

При достижении некоторой концентрации оксида железа, которую мы назвали критической с0, магнитооптические свойства стекла резко изменяются. При этом характер изменений зависит от соотношения х:у. В [81] выделены два предельных случая: х:у=2 и х:у=1, которые характеризуются следующим поведением ЭФ. 1.х:у=2.

С0=3-5% масс.Ре203 по синтезу для ^^ =520-460°С, соответственно. Такая величина С соответствует концентрации ионов железа ЗЛО^-Ю2* см-3, то есть при равномерном распределении келвза в матрице стекла мевду ближайшими соседями Ре в любом направлении расположено Б-6 ионов других элементов.

-19-

При С>С0 ЭФ остается отрицательным, каким он был при С<С0, но его абсолютная величина возрастает на 2 порядка(рис.1 в Г87 ^.Полевая зависимость становится нелинейной, наблюдается магнитное насыщение и гистерезис, характерные для магнитоупорядоченного состояния (рис.1 в С81]). Полевые зависимости ЭФ полностью повторяют нолевые зависимости намагниченности, измеренные на вибрационном магнитометре, и коррелируют с результатами измерения магнитной восприимчивости в втих ке образцах [493. Отмети.?, что дисперсия ЭФ и в этом случае описывается кривой диамагнитной формы.

В [813 сделано предположение, что характерные для магнитоупоря-дочонных веществ полевые зависимости ЭФ и его значительная величина в стеклах с С>Сд объясняются неоднородным распределением в стекла ионов железа или молекул Рб20д. в процессе термообработки происходит их агрегация с выделением магнитоупорядоченных частиц, определяющих магнитные и. магнитооптические свойства стекла.

В [82,86,87] это предполокенио было подтверждено исследованием температурных зависимостей ЭФ, а также электронно-микроскопическим зондированием поверхности, рентгеновской дифракцией и эффектом Мессбауэра и было показано, что при х:у=2 выделяются микрочастицы гематита а-Ре203 с линейными размерами 200-400 4 (которые в пределах точности эксперимента практически не зависят от С), обладающие всеми свойствами, характерными для массивных кристаллов гематита, включая магнитный фазовый переход Морина.

Исходя из средних размеров частиц и предполагая, что все железо, введенное в стекло агрегировалось в частицах, мы определили число микрочастиц, как Ю^-Ю^см-3. Количество микрочастиц и величина ЭФ линейны по концентрации С вплоть до максимально использованной С=Ю % масс. II. х:у=1.

В этом случае СП=1.5-2.0Ж в зависимости от режима термообрабо-

?0 —Я

тки, что соответствует концентрации ионов железа (3-4).10 см . При С(у=1.Ъ% на I ион железа приходится 450 других ионов, то есть при их однородном распределении два ближайших соседа келеза разделены 7-8 ионами других элементов. Столь низкая концентрация магнитных ионов еще с большим основанием, чем в пердадущем случае, позволяет связать ферромагнитные свойства стекла с формированием магнитоупорядоченных частиц. Однако, и сам процесс формирования частиц и их свойства существенно отличаются от случая х:у-2.

-го-

В [81,80,873 показано, что по характеру спектральной и температурной зависимостей ЭФ выделяющиеся микрочастицы близки к магнетиту Те304. При этом размеры и структура частиц зависят от С. При С0<С<5% частицы рентгеноаморфны, их поведение в магнитном поле адекватно описывается в представлении ансамбля невзаимодействующих однодоменных суперпарамагнитных частиц с ликбйными размерами 50-70 А и температурами блокировки намного ниже комнатной температуры. При С>5% в рентгеновских дифрактограммах появляются рефлексы, характерные для магнетита, размеры частиц порядка 100 А их поведение в магнитном поле по-прежнему соответствует поведению ансамбля суперпарамагнитных частиц, но с более высокими температурами блокировки. Сравнительные характеристики микрочастиц в двух описанных случаях приведены в табл.3.

Табл.3

С0Д масс.?е203 структура

размер спектр ЭФ

х:у=2 3-5

кристаллиты а-Ре2о3

200-300 к подобен а-Ре203

ж:у=1 1.5-2.-0 а<ь% аморфй? С>5% кристаллиты Ре304 50-100 А подобен Ре30д

Стекла основных составов с соотношением х:у, близким вышеописанным, обладают практически такими же свойствами. В случав больших отклонений.получайся спектры ЗФ, связанные с выделением обоих типов частиц.

Оксиды МпО, СоО, в^Од вводились при синтезе стекол одновременно с 1'е203.При этом концентрация Ре2°3 выбиРалась такой, чтобы она превышала С0. Концентрация второго оксида варьировалась в широких пределах при некоторых постоянных концентрациях Ре203. Стекла также подвергались дополнительной термообработке.

Стекла с МпО [83].Эта пара оксидов вводилась в стекла с х:у=2, но сваренных в нейтральных условиях. В отличие от обсуждавшихся ранее стекол, сваренных в окислительных условиях, здесь наблюдаются спектры ЭФ и поглощения, характерные для магнетита. Очевидно, варка в нейтральных условиях способствует по-

-21-

явлению в стекле двухвалентного железа. Температура термообработки, при которой появляются ферромагнитные свойства, для этой серии стекол составляет Б00°С.

Уже при добавке МпО порядка 0.5% спектры ЭФ и поглощения резко изменяются и становятся аналогичными спектрам стекол с х:у=2, приготовленных в окислительных условиях, свойства которых хорошо описывались в предположении, что в них выделяются микрочастицы гематита. Однако, в отличие от стекол, содержащих только Ре203, зависимость ЭФ от концентрации МпО немонотонна (рис.3 в [83]). Максимальная абсолютная величина ЭФ наблюдается при С=2.5 % масс.Это соответствует отношению С^п:Сре=1.1, при атом ЭФ примерно в 10 раз превышает абсолютную величину ЭФ в стекле, содержащем только Ре203 в таком же количестве. Полевая зависимость ЭФ описывается очень узкой петлей гистерезиса с коерцитивноЯ силой Нс=0.2кЭ и остаточным аффектом 0.3 от величины аффекта в поле насыщения.

Из сопоставления ЭФ, поглощения и данных рентгеновской дифракции сделано заключение, что присутствие марганца играет роль катализатора, способствуя формированию микрочастиц гематита. В концентрационном максимуме практически все введенное в стекло железо связано в микрочастицах гематита. При дальнейшем увеличении концентрации Ып без изменения концентрации Ге количество фазы а-Ре203 не может увеличиваться, но происходит увеличение размеров кристаллитов с одновременным уменьшением их числа и их пространственное упорядочение с ориентацией плоскостей легкого намагничивания, в плоскости пластины, так что при измерении в нормальной геометрии ЭФ уменьшается.

Стекла с Ре^О^ и С<1203 [843. При добавлении в стекло с х:у=1 малых количеств С^О^ ( О.ОШшсс.) спектры ЭФ и поглощения изменяются так, как.зто происходит при увеличении концентрации железа либо увеличении температуры термообработки в стеклах, содержащих только оксид железа. Однако, затем возрастание ЭФ прекращается и начинается резкое его падение, при п2:п1=0.1 Зф близок к нулю. Когда С^Од вводился в стекла с х:у=2, имеющие при отсутствии этого компонента дисперсию ЭФ, характерную для гематита!, по мере возрастания концентрации Ой ЭФ уменьшался ко абсолютной величине, менял знак, а далее наблюдалось точно такое ке поведение как в предыдущем случае, но со значительно меньшей величиной 3© в концентрационном максимуме.

Для всех образцов наблюдались очень узкие петли гистерезиса с Нс=100-200 Э и практически линейной полевой зависимостью Эф в полях до 500-600 Э. Поэтому в данном случае можно характеризовать стекло константой Верде V. Наибольшее значение V на длине волны 1.15 мкм получено в стекле,содержащем 1.75 % масс.Ре203 и ОЛЖ вс^Од, и оно составляет У=3.1 мин.см-3Э-1. Это значение весьма велико, так как в этой области спектра значения постоянной Верде в лучших редкоземельных стеклах не достигают 0.1 мин.см-1Э-1. Положительной характеристикой этих стекол является также слабая дисперсия ЭФ в ближней ИК области спектра.

Данные по ЭФ в совокупности с результатами рентгеновского структурного анализа привели нас к заключению, что гадолиний в небольших концентрациях способствует образованию микрочастиц магнетита. Однако уже при х^гпрО.Об изменяются условие роста микрочастиц и при з^п^ОЛ выделение микрочастиц прекращается.

Стекла с Ре203 и СоО [85,38,893. Эта система стекол исследована наиболее детально, так как в ней ожидалось существенное увеличение ЭФ. Действительно, в стеклах с СоО имеет место резкое изменение спектра и возрастание абсолютной величины ЭФ в области 0.7-1.0 мкм в десятки раз по сравнению со стеклом, содержащим только оксид железа. Спектр ЭФ становится идентичным спектру ЭФ феррита кобальта, описанного в предыдущем разделе.При этом, как и в случае стекол, содержащих железо и марганец или железо и гадолиний, наблюдается немонотонная зависимость величины ЭФ от концентрации кобальта ( см. рис.1 и табл. в [881). Нелинейная полевая зависимость ЭФ с быстрым его возрастанием в полях до I кЭ и дальнейшим выходом на насыщение наблюдается для всех образцов. При понижении температуры измерения происходит утирание петель гистерезиса такое, что при Т<200 К в используемых полях (до 8 кЭ) наблюдаются лишь частные циклы.

При введении в стекло одновременно железа и кобальта, начиная с наименьшей использванной концентрации последнего (0,2% масс),на рентгеновских дифрактогрвммах исчезают линии, характерные для гематита ( в случае х:у=2) или магнетита (в случае х:у=1), и появляется группа линий, которые могут быть связаны с выделением микрочастиц СоРе204.

Аналогично обсуждавшимся выше стеклам с оксидом железа предпо-

-23-

лагяется выделение магнитоупорядоченных микрочастиц, в данном случав кобальтового феррита. Сравнение экспериментально измеренных значений ЭФ в спектральном максимуме с величинами ЭФ, рассчитанными в предположении, что весь введенный при синтезе кобальт связан в микрокристаллитах феррита кобальта, показало их полное совпадение при относительных концентрациях кобальта и железа п2:п1<0.7. При увеличении етого соотношения измеренный•ЭФ становится меньше рассчитанного.

Уширение фарадеевских петель гистерезиса вероятнее всего обусловлено возрастанием магнитной анизотропии микрокристаллов феррита кобальта, так как температурная зависимость коэрцитивной «ты стекол коррелирует с температурной зависимостью первой константы анизотропии массивного монокристалла феррита с учетом статистического распределения осей кристаллитов в стекольной матрице.

В [85] подробно исследована зависимость ЗФ от суммарного содержания СоО и Ре203, их отностительных концентраций, режимов термообработки и соотношения компонент х:у основного стекла и показано, что главным фактором , определяющим величину ЭФ, является соотношение концентраций кобальта и железа. В отличие от стекол, содержащих только оксид железа, в которых доминирующим фактором было соотношение компонент основного стекла, в данном случае этот фактор отходит на второй roiaHj он влияет несколько на абсолютную величину ЭФ, но не определяет характер его дисперсии. Повидимому, и размеры частиц зависят, в основном, от соотношения , так как только при п2:п1=0.6-0.8 на рентгеновских дифрактограммах наблюдаются четкие рефлексы, соответствующие фазе СоГе20д. Оценка размеров частиц на основании этих дифрактограмм дает величяину 100 А.

В [85]проведен анализ распределения микрочастиц по размерам по температурным зависимостям ЗФ при нагревании и охлаждении образцов в магнитных полях различной величины ( см. рис.3 в [853) и с помощью температурных зависимостей коэрцитивной силы и остаточного Эф. Анализ этих зависимостей показал, прежде всего, что наблюдаемые магнитные свойства стекла адекватно описываются моделью ансамбля однодоменных суперпарамагнитных микрочастиц. В этой модели была проведена оценка размеров частиц , которые составили от 70 до 100 1, что совпадает с рентгеновскими данными для частиц

-24-

максимальных размеров. Кроме того, были определены температуры блокировки и пределы их изменения для конкретных образцов, а по этим температурам рассчитаны пределы изменения размеров частиц.-

В стеклах, содержащих келезо и кобальт, в концентрациям, близких к концентрационному максимуму,35 достигает очень больших. значений, существенно превкэая ЭФ как в описанных в'литературе, так и в других изученных в этой работе стеклах. Особенно вайю различие концентрационных зависимостей ЗФ и оптического погдощешм. Как видно из табл.4, где приведены данные для наиболее практически интересной области спектра вблизи ^=1 мкм, при возрастании п2".п1 ЭЪ увеличивается а поглощение, наоборот, уменьшается. Это приводит к высоким величинам магнитооптической добротности.

Табл.4

Значения 30 а, коэффициента поглощения к и магнитооптической добротности в=2а/к в поле 5 кЭ для ряда составов.

к опт. и мапштоопт. I 2 3 4

15КН параметры т^'.п^ 0.28 С. 36 0.49 0.71

2а,град.см-1 38 68 94 НО

1.00 к,см-1 С.4 5.7 5.0 4.7

6кград. 6.0 12,0 15. С 23.2

2а,град.см-* 28 52 70 82

1.08 к,см"1 С.О 6.0 5.8 4.1

а,град. 4.6 8.6 12 20

2а,грзд.см-1 20 за 54 СО

1.15 к,см-1 5.8 5.2 5.4 4.2

О.град. 3.6 7.4 9.8 14

Наиболее важные прикладные свойства изученных стекол.

1. Рекордно больше для стекол значения магнитооптической лог^о!1--вости, превышающие 20 град., в области 0.7-1.15 мкм в случае сто • кол с оксидами кобальта и железа.

2. Крайне слабая дисперсия 35 при значительной величие мкпгот • оптической добротности в стеклах с оксидами железо з< гшушию».

3. Большая величина остаточного ОФ, дестигаигзя лля. локот«: . составов 50-70% величины С-1' в поле насыщения.

г;. Магнитооптические эффекты в магнитном полупроводнике Сс1Сг05е, [90-99].

с. 4

Совпадение спектров МЭК [90], измеренного на пленках и монокристаллах, температурная зависимость ЭФ в пленках, повторяющая температурную зависимость намагниченности массивного кристалла, совпадение Тс по магнитооптическим измерениям на пленках с литературными данными для массивных кристаллов и совпадение ЭФ для пленки и массивного кристалла СйСг2Бе4 вблизи Е = 1.2 эВ, где ранее было проведено измерение в проходящем свете на массивном кристалле [113], подтвердили идентичность свойств полученных пленок материалу С<1СггЗе4.

Спектры магнитооптических эффектов: ЭФ, МКД и МЛД 190,91 ], великолепно воспроизводятся при переходе от образца к образцу в большей части исследованного спектрального интервала. Исключение составляет узкая область вблизи 1эВ, чувствительная к неконтролируемым примесям и отклонениям состава образцов от стехиометричес-кого.

Магнитооптические эффекты в СйСггБе4 в видимом диапазоне характеризуются весьма сложными спектральными зависимостями с большим количеством резонансных особенностей. При этом спектр ЭФ со-ответствуею спектру МКД. Как известно, особенности в спектрах дихроизма всегда локализованы вблизи линий поглощения, связанных с теми или иными электронными переходами, в то время как ЭФ обычно описывается пологим крылом какой-либо интенсивной линии поглощения в УФ области в соответствии с формулой

а = А/А.г(1-А.| Аг)\ (2)

где г = 1 для парамагнитной формы линии, г = 2 для диамагнитной формы линии. Слабые внутриконфигурационные переходы вносят лишь малый вклад в ЭФ в видимой области. Поэтому, как правило, спектры ЭФ и дихроизма резко различаются. Такая ситуация, например, имеет место в описанном подробно в первой главе борате железа РеВ03, когда в области переходов бА1е 4Т1е и 4Т2в наблюдаются спектры МКД, а на спектрах ЭФ эти переходы практически не проявляются. Аналогичное поведение ЗФ наблюдалось в хорошо изученных ранее ферромагнитных соединениях хрома СгС13, СгВг3, Сг13 [18]: в области ярко.выраженных пиков поглощения, обусловленных разрешенными по

спину переходами 4Аг-»4Т2 и 4АР~*'ЛТ1 в ионах Сг3+ в спектрах ЭФ

"-26- '

наблюдались только слабые отклонения от кривой вида (2).

В С19] исследован ЭФ в ClCr^Se^ в интервале I.2-I.8 мкм, где его зависимость от \ монотонна. Анализируя полученный в указанном интервале спектр авторы [193 показали, что он хорошо описывается выражением (2) с t = 2. При этом 480 нм. По аналогии с СгВг3 они предположили, что эта длина волны связана с полосой переходов с переносом заряда Sg-> Сг з области 20800 см-1, которая ответственна за фундаментальное поглощение.Однако, экстраполяция кривой (2) в видимую область совершенно не похожа на реальный спектр ЭФ. В действительности, спектр ЭФ в CdCr2Se4 имеет совершенно другой вид (рис.8 в [79]). Наблюдаемо в нем экстремумы соответствуют особенностям в спектре МКД, т.е. вклад электронных переходов в видимой области, формирующих МКД, преобладает и в ЭФ. Аналогичное поведение ЭФ имело место з случае кобальтового феррита и магнетита, содержащих ионы Со2* и Ге24", соответственно, с. сильной спин-орбитальной связью и с разрешенными по спину переходами в видимой области спектра.

Кстати, значения магнитооптической добротности в области ее максимумов в CdCr£Se4 блики к соответствующим магнитооптическим добротностим СоРе2Од и РеэОд и составляют Однако, этим аналогия между CdCr2Se4 и фэрритами ограничивается, так как, во-первых, в случае ферритов все особенности спектров МОЭ удалось связать с d-d переходами в ионах Со2+ и Ре2+, а в CdCrgSei количество особенностей существенно превшпает количество возможных d-tl переходов в ионе Сг34" и, Ео-вторых, Сг3+ является ионом со слабой спин-орбитальной связью. Сравнение спектров ЩД и ШЩ показывает, что они также соответствуют друг другу, но в нязкоэнергеткческой области резонансы в спектрах ШЩ разрешены гораздо лучше, их интенсивности сравнимы с интенсивность® более высокочастотных резо-нансов в отличие от спектров МКД, т.о., спектры МЛД даю? некоторую дополнительную информации о вещество. Спектры МКД и МЛД, снятые при различных температурах, были разложены на отдельные резонанса по ?детоду наименьших квадратов, и были получены температурные зависимости энергий, амплитуд и ширин этих резоналсов. Яри повышении температуры от 70 К до Тс интенсивности всэх розснансов уменьшаются в случае МКД линейно по намагниченности, а в случге МЛД пропорционально квадрату намагниченности.

Одним из наиболее интересных моментов в температурном псво-

-21-

донии резонансов является принципиальное различие температурных зависимостей их частот в различных областях спектра: при понижении температуры энергии низкочастотных резонансов уменьшаются (см.рис.5 в 1951), т.е., наблюдается красный сдвиг, величина которого соответствует красному сдвигу низкоэнергетической части кривой поглощения кристаллов СйСг^е^. скорость сдвига по температуре пропорциональна изменению намагниченности. Более высокоэнергетические резонанса при изменении температуры практически не сдвигаются.

В [961 исследовано температурное поведение С(ЮггБе4 в поляризованном свете. Описанный и детально изученный многими авторами край поглощения вблизи 12000 см-1, демонстрирующий красный сдвиг при охлаждении С(1Сг2Зе4, составляет по интенсивности лишь незначительную часть поглощения этого материала. При большей энергии имеет место резкое возрастание поглощения, характерное для межзонного поглощения; в магнитоупорядоченной области на фоне этого поглощения наблюдается ряд особенностей. Кроме того, на протяжении исследованного спектрального интервала знаки температурной и поляризационной зависимостей поглощения несколько раз изменяются (рисЛ,2 в [96]).

Наблюдаемые экспериментально температурная и поляризационная зависимости поглощения объяснены в [96] в предположении, что оно связано с переходами между рядом последовательно расположенных зон, каждая из которых расщеплена по спину. При этом достаточно хорошее совпадение рассчитанного и измеренного спектров получаются для модели прямых разрешенных переходов.

Кроме кривых межзонного поглощения остаются группы линий, имеющих явно резонансный характер (рис.3 в [96]). При изменении температуры и поляризации форма этих групп насколько изменяется. Тек как каждая группа представляет собой суперпозицию нескольких резонансов, было проведено по методу наименьших квадратов разложение их на отдельные резонансы гауссовой формы на ЭВМ. Полученные таким образом параметры резонансов и их температурные зависимости близки к данным, полученным из анализа спектров МКД и ШЩ.

Тагам образом, магнитооптические эффекты в СйСг2Зе4 связаны, как с широкими полосами поглощения, обусловленными, по-видимому, переносом заряда между зонами, так и с узкими полосами, которые могут быть связаны с переходами мевд уровнями иоков хрома.

В стехиомзтрическом CdCr2Se4 хром имеет валентность 3 и относится к электронной конфигурации 3d1? В рассматриваемой области спектра в ионе Сг3+ возможна два электронных перехода, разрешенных по сгптау A4-* Т^ и Ag-r Т4, и два перехода, запрещенных и по четности, и по спину 4А2> гТ, ,гЕ п 4аэ-9- гТг. (Как правило, в оптических спектрах разрешаются лкаь первые два в виде интенсивных пиков полушириной IC00 см-1.). Поэтому в исследованной области "спектра может наблюдаться пэ более четырех особенностей МХД (или МЯД) и orai должны проявляться где-то в интервале (12 + 16).Ю3 с:л-1.

Существенно большее количество резопансов з магштеооптпчес-ккх спектрах, по сравнению с том, которое иозэт быть объяснено элегогронгавет переходами в ионе Ст34", слмспов температурное» пово-детп'О ряда резонсясоз п отдельных участков спектра тг&ощяш по-слукили экспериментальной основой построения многоэлвктронноЗ подели магнитного полупроводника [116,94,97,98], учитивакд'.эа в кулевом приблзЕзения нсзависише зопшв состокшм и локализованные ионные Сг3+, Сг24, Сг4+)*. Последние два возникают в процессам с переносом заряда Ог3"^ Сгг+, когда при поглощение Фотона один электрон аз валентной зоны переходит яа мзгшшкй ион, плп Сг^ Сг4+. когда одаш из d-электрояов перехода в зону проводакооти. Для таких процессов частота оптических переходов и уне не равна частоте d-d переходов. В частности, для процесса Сг3^ Or4* одга из d-d электронов при поглощении фотона перехода? в зону проводя-мости, и связь (о с частотой d-d перехода имеет вид:

w ='Е(М,йг) - E{4A„,d3) + s (К ), (3)

2 с ос

для процессов Сг3+-> Сгг+„ наоборот, один электрон из валентной зовы переходит на магнитный ион и

и = E(!,i,d4) - E(4A2,d3) - еь(КоЪ). (4)

Здесь М- какой-либо терм кона Сг4+ или Or2* (все одноэлектрошше энергии отсчитнваются от середины запрощенпой зоны), Шпулъси К ^

*

) Аъторы теоретической модели Гакричков Б.А., Кпуьямог. М.Ш.,0и-читшикоп С.Г..

и КоЬ рождаемых с- и уничтожаемых Ь- электронов определяются соответствующими матричными элементами. Для простоты было принято, что они соответствуют дну зоны проводимости и потолку валентной зоны:

6(Коо) = Е^г, 8Ь(К0Ь) = -Ее/2 (5)

Соотношение наблюдаемых резонансов МДЦ с тем или иным переходом проводилось в соответствии • с ширинами линий и их температурными зависимостями. Относительно широкие резонансные полосы, не претерпевающие температурного сдвига при энергиях 14800 и 18500 см-1-, близких по значениям к энергиям полос поглощения в оптическом спектре СгВг3, были отнесены к разрешенным по спину переходам в ионе Сг3+: лАг-*-4Т2 и 4А2—Из их энергий были определены значения В и Д для Сг3+ и по ним были найдены энергии всех остальных электронных термов иона Ст3*, из которых один, запрещенный и по четности , и по спину, был сопоставлен с одной из узких слабых линий в спектре МДЦ.

Остальные наблюдаемые пики были сопоставлены с процессами, описываемыми формулами (3) и (4).

Дальнейшее развитие эта модель получила в [97,93], где наряду с зоной проводимости шириной и валентной зоной (7Ь были учтены три А-резонанса

па=\-Ео' пр=Ео-Е1' ~ Ез ~ Ео

где ЕЛ- энергия основного терма иона Сг3+, Е,-энергия тер-

Л ¿1 'о

ма Т1 иона Сг и Ег и Е3~ энергии низкоспинового Т1 и высокоспинового 5Е термов иона Сг2"1". Учет низкоспинового и высокоспинового состояний Сг2+ отличает [97,98] от предыдущего рассмотрения и приводит к несколько иной картине по сравнению с результатами [94]. Исходя из этой схемы в качестве нулевого приближения и учитывая обменное взаимодействие атомных электронов с электронами зон проводимости и валентной и гибридизацию атомных и зонных состояний, удалось получить расщепление подзон при магнитном упорядочении, плотности состояний при различных температурах и описать движение различных участков края оптического поглощения при изменении температуры образцов.

Рассчитанные спектры поглощения при различных значениях параметров модели для разных температур сравнивались с экспериментальными спектрами при соответствующих температурах и таким оо-

разом получился единственный набор параметров, удовлетворительно описывающий все сложное температурное поведение края поглощения. Сравнивались три участка спектра с различным температурным поведением поглощения: А- на частоте 1.1-1.4 эв, расщепляющий при Т<ТК на край оптического поглощения и более внсокоэнергетиче-скую особенность Ев2, (рис.3 в [98]) (обе особенности, Е^, и Ее1, с понижением температуры испытывают красный сдвиг); Б- на частоте- 1.7эВ, претерпевающий голубой сдвиг в магнитоупорядочен-ной фазе, и В- пик на частоте 2.2эВ, изменяющийся по амплитуде, но практически не зависящий от температуры по частоте.

Ключевым моментом сравнения расчетов с экспериментом является привязка В- пика к переходу между подзонам Пр(Е) и 0^,(2), что задает разность П^-П^. В принципе появление В- пика можно связать с **пароллельшстью"зошшх законов дисперсии £С(Ю и £ ^К) на некотором интервале квазиимпульсов зоны Вриллюэна. Однако такой зонный механизм в МП должен привести к сильной зависимости частоты В- пика от температуры, чего нет в эксперименте. Важным моментом такав является положение уровня Ц^, относительно дна С-зоны. Если бы этот уровень лежал глубоко в С- зоне, то легирование примесями п-типа не влияло бы на амплитуду В- пика. На рис.4 в [98] представлены, полученные наш на пленках СйСгг5е4, данные по влиянию легирования индием на спектр поглощения в окрестности В-пика. Сильное уменьшение амплитуда указывает на то, Что уровень Оу лежит вблизи дна С-зош. В [117] было показано, что в зависимости от знаков «Тс и «Гь- параметров обменных взаимодействий атомных электронов с с- и в- электронами, возможны четыре различные схемы плотности состояний. Анализ всех четырех случаев показал, что общая форма кривой поглощения и ее температурная зависимость удовлетворительно объясняются только при <ТС>0, «Ть>0. Отмеченные выше экспериментальные особенности спектра обусловлены следующими оптическими переходами: край поглощения при Т>?с-с потолка валентной зоны (Ь-состояния) в гибридизованные с-, й-состояния зоны (Е); особенность Е^ при Г>Т0- с потолка валентной зоны в С- состояния зоны П^(Е); Б-особенность- с потолка валентной зоны в С- состояния зоны Оа(Е) и В-пик- из (1- состоят;;; зоны Пд(£)-в С- состояния зоны Цу(Е). В то время как край поглощения Е ( формируется пореходами с потолка валентной зоны со стоном вниз в подзону Пу(Е), переходы со спином вверх фсг.---".',-

-31-

муыт особенность Eg2- Красный сдвиг края Eg1 обусловлен, в основном, движением потолка валентной зоны со спином вниз. Красный ¡;виг Eg2 имеет более сложную природу, так как и потолок валентной зоны со спином вверх, и дно подзоны П^ движутся вниз ( по • .порога), но скорости этих сдвигов имеют различную функциональную .мвисимость от температуры. Сдвиг по температуре особенности Eg1 я в эксперименте и по расчету пропорционален намагниченности.

Таким образом, экспериментально наблюдаемые температурные зависимости особенностей спектра поглощения и МОЭ находят удовлетворительное объяснение в рамках многоэлектронной модели.

ВЫВОДЫ.

1. Исследованы магнитооптические эффекты в полосе поглощения и их температурные зависимости в ряде магнитоупорядоченных диэлектриков на основе Зй-элементов, подобранных по принципу усложнения катионного состава, в том числе, впервые получены данные о магнитном круговом и линейном дихроизме в рассмотренных материалах.

2. В оптических и магнитооптических спектрах бората железа, литиевого феррита, маггемита, магнетита и кобальтового феррита выявлены особенности резонансного характера, обусловленные внут-риконфигурационными электронными d-d переходами в магнитных ионах. С помощью полученных энергий резонансов построены схемы возбужденных уровней, получены значения параметров Рака В и расщепления в кристаллическом поле Д. Проанализированы механизмы формирования магнитооптических спектров электронных переходов, запрещенных по четности и по спину.

3. Впервые четко выявлено существенное различие вкладов запрещенных и разрешенных по спину d-d переходов в формирование магнитооптических спектров.В 3d5 ионах спин-запрещенные d-d переходы формируют спектры магнитного дихроизма, но не оказывают существенного влияния на аффект Фарадэя в видимой и ближней ИК областях спектра. В ионах других электронных конфигураций разрешенные по спину d-d переходы определяют как магнитный дихроизм, так и аффект Фарадея в указанной спектральной области. Продемонстрирована целенаправленная перестройка магнитооптических спектров при ионном замещении в феррите■-хромите кобальта.

-32-

4. С помощью эффекта Фарадея исследованы и объяснены свойства новой системы магнитооптических материалов -алюмо-калиево-борат-ннх стекол с примесями оксидов парамагнитных элементов, обладающих аномально высокими (для стекол) значениями магнитооптической добротности в видимой и ближней ИК областях.

5. Показано, что оптические и магнитные свойства стекол этой системы обусловлены выделением магнитоупорядоченных микрочастиц. Определены размеры, состав и структура частиц и установлены их завискмоси от технологических факторов. Показано, что поведение стекол в магнитном поле адэкватно описывается в модели суперпарамагнитных частиц с температурами блокировки вблизи комнатной температуры.

6. Обнаружено различие в характере концентрационных зависимостей ЭФ и оптического поглощения в стеклах с микрочастица?.® феррита-кобальта, что открывает пути увеличения магнитооптической добротности материала.

7. Исследован комплекс магнитооптических эффектов в ферромагнитном полупроводнике СйСг^е^-типичном представителе этого класса соединений. Впервые получены магнитооптические и оптические спектры в видимой области в проходящем свете. Выявлено большое количество резонансов и сложное температурное поведение как этих резонансов, так и отдельных участков края оптического поглощения. Анализ полученных магнитооптических спектров послужил основой построения теоретиками многоэлектронной модели магнитного полупроводника, в рамках которой нашли объяснение все наблюдаемые экспериментальные факты.

Полученные а работе результаты существенны для дальнейшего развития теории магнитооптических явлений в магнитоупорядоченных веществах и разработки новых подходов к целенаправленному формированию новых магнитооптических материалов. Перспективным в этом отношений представляется впервые четко выявленное различие концентрационных зависимостей эффекта Фарадея и оптического поглощения в системе стекол, содержащие микрочастицы феррита кобальта, а также возможность регулирования спектральных зависимостей эффекта Фарадея в системах магнетит - маггемит, кобальтовый феррит - феррит- хромит. Показано также, какую богатую экспериментальную информацию дает целенаправленное исс-

-33-

ледование магнитооптических аффектов в таком сложном типе материалов, как магнитные полупроводники. Результаты исследования концентрационных зависимостей ЭФ в системах стекол с двумя парамагнитными компонентами могут быть полезны для физики и химии ликвирущих стекол, так как они продемонстрировали чрезвычайно сильное влияние крайне малых парамагнитных добавок на процессы ликвации и показали высокую чувствительность магнитооптических методов в данном случав.

ЛИТЕРАТУРА

1. Denial I., Struck C.W., White J.G. New transition metal borates with the calclte structure. // Acta Cryst.-1963. -V.16. -P.849-850.

2. Dlehl R., Jantz W., Nolang B.I., Wettllng W. Growth and properties ol iron borate FeB03.// Current topics In Material Sciences.-Elslvier Scl.Publishers.-1984.-V.11.-P.241-38T.

3. Kurtzlg A.J., Wolfe Д.,Le Crow R.C.,Nielsen J.W.Magneto-optical properties of a green room-temperature ferromagnet FeB03. // Appl.Phys.Lett.- 1969.- V.14.-P.350-352.

4. Le Crow R.C., Wolfe R., Nielsen J.W. Ferromagnetic resonance in FeB03, a green room-temperature ferromagnet.// Appl.Phys. Lett.-1969.-V.14.-P.352-354.

5. Wolfe R., Kurtzlg A.J., Le Crow R.C. Room-temperature ferromagnetic materials transparent In the visible.// J.Appl.Phys.-1970.-V.41.-P.1218-1224.

6. Igashira E., Manabe Т., KatsuraKl R. Faraday rotation In PeB03 at 77 К.// J.Phys.Soc.Japan.-1971.-7.31.-P.602-603.

7. Jantz W..Sandercock J.П., fettling W. Determination of magnetic and elastic properties of FeB03 by light scattering.// J. Phys.C.-1976.-V.C9.- P.2229-2240.

8. Andlauer В., Schlrmer 0.P.,Schneider J. Exclton.magnon and phonon structure In the optical spectrum of FeB03.// Sol.St. Commun.- 1973.-V.13.- P.1655-1659.

9. Andlauer В., Schneider J., Wettllng W. Optical and magnetoop-tlcal properties of YIG and FeB03. //Appl.Phys.-1976. -V.10. -P.189-201.

Ю.Еременко В.В. Введение в оптическую спектроскопию магнетиков.

// Киев.- Иаукова Думка.- 1975.- 471 с. H.IIlrano М., Yoshlno I., Okuda Т., Tslshiraa Т. Observation of а fine structure In the absorption spectra of weak ferromagnetic FeB03.//J.Phys.Soc.Japan.-1973.-V.35.-P.299. 12.Беликов Л.В., Прохоров А.С..Рудагаевский Е.Г., Селезнев В.Н. Антиферромагнитннй резонанс в РеВ03.//ЖЭТФ.-1Э74.- T.G6.- С. I847-ICGI.

13. Koshlzuka N..Okuda T., Udegawa M., Tsushima T. Raman scatte- j ring by two-magnon excitation In FeB03.//J.Phys.Soc.Japan.-1973.- V.37.-P.354-362.

14. Shepherd I.W. Raman scattering In FeB03.// J.Appl.Phys.-1971 V.42.-P.1482-1483.

15. Shepherd I.W. Temperature dependence ol phonon Raman scattering In PeB03, InB03, VB03, evidence for a magnetic contribution to the lntena1ties.//Phys.Rew.B.-1972.-V.5.-P.4524-4529.

16. Melxner I.E., Diets R.E..Roussena D.L. Raman scattering from magnons and phononea In FeB03 and FeF3.// Phys.new.B.-1973.-V.7.-Г.3134-3141.

17. Wettllng W., Wllber W.B., Patton C.E. Observation ol high irequency spin wave branch and the unirorm precession mode in FeB03 by Brlllouln scattering.//J.Appl.Phys.-1982- V.53.-P. 8163-8165.

18. Lackllson D., Chadwlck J.C., Page J.L. Photomagnetlc effect In ferric borate.//J.Appl.Phys.-1971.-V.42.-P.1445-1447.

19. Seavy M.11. Observation of light-Induced anlsotropy In ferric borate by acoustic resonance. // Sol.St.Commun.-1973.-V.12.-P.49-52.

20. Федоров Ю.М., Лексиков А.А., Аксенов A.E. Фотоиндуцированная "оптическая анизотропия в борате железа. // ЮТФ.-1985-Т.8Э.-С.2099-2112.

21. Федоров Ю.М., Садрэев А.Ф., Лексиков А.А. Фазовый переход в модулированное состояние в фотовозбувденном легкоплоскостном магнетже FeB03:N1.//ШЭТФ.-1987.-Т.93.-С.I907-1916.

22. Patrln G.S., Petrakovskll G.A., Rudenko V.V. Photolnduced change of magnetic resonance In FeB03 single crystala.//Phys. Stat.Sol.(a).-1987.-V.99.-Î.619-623.

23. Смит Я., Вейн X. Ферриты.// M. ИЛЛ962.- 504 с.

24. Sherwood R.C., Remelka J.R., Williams H.J.Domain behavior In soma transparent magnetic oxides. // J.Appl.Phys.-1959.-V.30. -P.217-225.

25. Zanmarchl G., Bongers P.P. Infrared Faraday rotation In ferrites.//J.Appl.Phys.-1969.- V.40.-P.1230-1231.

26. fflckershelm X.A. Optical and Infrared spectra of the ferrites and garnets.// J.Appl.Pliys.-1961 .-Y.32.-P.205S-212S.

-36-

27. Kahn P.J., Perstmn P.S., Hemelka J.P. Ultraviolet magneto-optical properties oi single-crystal ortoferrites, garnets and other ierric. oxide compounds.//Phys.Hew.-1969.-V.186.-P.891-918.

28. Takel H..Chlba s.Vacancy ordering In epitaxlally-grown single crystals о1 7-Ге203. //J.Phys.Soc.Japan.-1966.-V.21. -P.1255-1263.

29. Ahrenkiel П., Coburn T. Magneto-optical insulators utilising the optical activity of Co++(Td).//IEEE Trans, on Mag.-1975.~ V.MAG-11.-P.1103-1106.

30. Кривчик Г.С., Тюгнева Г.К. Магнитооптика ионов Еи3+ в ферромагнитном кристалле. //ШГФ.-1964.-Т.46.-С.435-443.

31. Кринчик Г.С., Хребтов А.П., Аскоченский А.А..Сперанская Е.М.,Беляев С.А. Магнитооптические спектры Зй-ионов в ферритах-шпинелях и слабых ферромагнетиках.// КЭТФ.-1977.-Т.72.-С.699-711.

32. Хребтов А.П..Сперанская Е.М., Аскоченский А.А.»Туркменов' Х.И. К вопросу о механизме оптических переходов в З-d ионах в ферритах шпинелях. //Изв.АН СССР, сер.физ.-1Э78.- Т.42.- С.1652 1659.

33. VlsnovsKy .S., Krlstoan R. Perrlte: a comparative study or polar Kerr rotation spectra In lttrlum iron garnet and lithium f errlte. //«J.Appl. Piiys. -1979. -V. 18. -P. 243 -254.

34. Vlllaverde А.В., Vascoucellos E.C.C. Kagnetooptical dispersion 0Г Hoya glasses.//Appl.Opt.-1982.- V.21.- P.1347-1340.

35. Petrovskii G.T., Edelman I.S., ZaruMna T.V., MalaWiovskI1 A.V., Zabluda 7.N., Ivanov M.Yu. Paraday effect and spectral properties of high-concentrated rare earth oxide glasses In visible and near UV region.// J.Non-Cryst.Solids.-1991.-V.130.- P.35-40.

36. Schinkel C.J., Bathenau G.TT. Magnetic Interactions In borate glasses containing manganese Ions.//Physics oi Hon-Gryst.Sol. North-Holland Pub.G..Amsterdam.-1965,-P.215-219.,

37. Hooper И.О., Beard G.B.,et all. Magnetic order in alkallborate and alumlnoslllkate glasses containing larger concentrations of iron group ions.//Amorphous magnetism. Plenum Press. N.-Y.-London.-1973.- P.47-63.

38. Mac Crone И.О. Magnetic Inhomogeneltiesin BaO-B^Og-Fe^Og oxide glasses.//Amorphous magnetism.Plenum Press.-1973.-P.77-84.

39. Blackborn ff.J.C., Tllley B.P. The magnetic properties ol glaas-ceraralcs In the Co0-Fe203-B203 system.//J.Mater, Scl.-1974.-V.9.-P.1265-1269.

40. Саблина K.A. .Пвграковский Г.А. Магнитоупорядоченные стекла B203-S102-Pb0-Pe203.//ФТТ.-1973.-T.15.-С.289-290.

41. Verhelst R.A., Kline n.W., De Graai A.M., Hooper II.0. Magnetic properties ol cobalt and manganese alumlnoslllcate glasses.// Phys.new.B.-1975.-Y.11.-P.4427-4435.

42 Bonnenfaut A., Frledt J.M., Maurer M., Sauches J.P. Magnetic and structural properties ol Iron-based oxide glasses Pe203-Ba0-B203 from Fe Mossbauer spectroscopy.//J.Phys.-1982.-V.43.-P.1475-1487.

43. SestaK J., Wlss 2.Crystallization behaviour of rapidly quenched iron oxide containing glasses with regard to thermal and magnetic properties.//Math.Naturwiss.Heihe.- 1983.- V.32.- P. 377-383.

44. Bahadur D., Chacravorty D., 'Prasad Л.Ы. .Slngru H.M. Magnetic properties of glass ceramics in system 45Pb0-35B203-4Al203-10Fe203-6V203 .//ЛШ .-1983 .-V.31 -34.-P. 1513-1515.

45. Ryhiert E., Kooprovsski J., Swlath A. The structure and воюе of the properties of the Fe203-B203-Pb0 glasses.// Szklo and Ceram.- 1984.- V.35.-P.8-12.

46. Burzo E., Ungar D., Ardeleau I. Magnetic properties of xFe203~(l-x)[B203.Pt>0] glasses.//Solid St.Commun.-1984.-V.50. P.1083-1085.

47. Roy D., Kumar D..Bahadur D.Crystallization behaviour and magnetic properties of Al203-Fe203-lto0-S102 glass.//Phys.Stat. Sol.(a)-1984.-Y.82.-P.K11-K15.

48. Mostafa A.G., Sanad A.M., Kashlf I., El-Saghlr A.A. Electrical and magnetic properties of lithium borate glass containing lron.//J.Mater.Scl.bett.-1985.- V.4.-P.571-574.

49. Скороспелова В.И., Степанов С.А. Поведение ионов железа в стеклах системы К20-А1203-В203.//Изв.АИ СССР.сер.неорган.ма-тер.-I974-T.10.-С.1864-1871.

50. Скороспелова В.И., Степанов С.А. Магнитная анизотропия в стеклах .//ФТТ.-1975.-Т.17.-С.303-305.

51. Корнилова 3-Е..Петровский Г.Т., Степанов С.А. Необычные свойства кластеров хелеза во многоборных стеклах.//Доклада Ali СССР .-I980.-T.25I.-С.409-413.

52. Корнилова Э.Е., Петровский Г.Т., Степанов С.А. Агрегация ионов келеза в боратных стеклах.//Зиз. и Хим. стекла.-1981.-Т.7.- С.686-690.

53. Степанов С.А. Кластеры парамагнитных ионов в стекле.//Физ. и Хим. стекла.-1976.-Т.2.-С.228-233.

54. Harbeke G.,Plnch Н. Magnetoabsorption In single-crystal semiconducting ferromagnetic spinels.//Phys.Hev.Lett.-1966.-V.17. P.1090-1092.

55. Harbeke G..Lehman II.W. Optical transitions and band structure model Tor cadmium chromium chalcogenldes. // Sol.St.C-ommun.-1970.-V.8.-P.1231-1285.

56. Itoh T.,Mlyata N.. Narlta S. Iteflectlvlty In CdCr2Se4 near Curie point.//Japan J.Appl.Phy3.-1973.-V.12.-P.1265-1266.

57. Голик Л.Л, Григорович C.M., Елинсон М.И., Кунькова З.Э., Украинский Ю.М. Поглощение и аффект Фарадея в пленках CdCr2Se4.//ФТТ.-1974.-Т.19.-С.629-631.

58. Hlldek P., Barvlk I., Prosser 7., Vanecek IL, Zvara М. Polarization dependence of transmission and photoconductivity m CdCr2Se4.//Phys.St.Sol.(b).-1976.-V.75>-P.K45-K49.

59. Eagles D.M.Optical absorption due to transitions between bands and local levels In CdCr?Se4.//J.Phys.Cfrem.SolIds.-1970 V.39.-P.1243-1250.

60. Oguchl. Т., Cambara Т., Kondalra K.I. Seli-conslstent electronic structure or magnetic semiconductors by a discrete variational X-a calculation. 1 .Ferromagnetic spinels CdCr2S4 and CdCr2Se4.//Pliys. Rev. В. -1930. -V. 22. -P. 872-879.

61. Эдельман K.C., Малаховский A.B., Васильева Т.И..Селезнев B.II. Оптические свойства РеВ03 в области сильного поглощения.// ФТТ.-1972.-Т.14.-С.2810-2812.

62. Здельман И.С.,Малаховский A.B. Оптические и магнитооптические свойства бората железа в видимой и близкой ультрафиолетовой области спектра.//Опт.и Спектр.-1973.-Т.35.-С.959-9GI.

63. Эдельман И.О..Малаховский A.B. Магнитное двухтреломление в РеВ03.//ФТТ.-I973.-Т.15.-С.3084-3085.

64. Malakhovskli A.V.,Edelman I.S. Optical and magnetooptical spectra or FeB03 in the region oí strong absorption.// Phya-. St.Sol.(Ъ).-1976.-V.74.-P.K145-K149.

65. Малаховский A.B..Эдельман И.С.,Заблуда В.Н. Исследование механизмов разрешения некоторых d-d переходов в ГеВ03.//Препринт H 87 Ф.-Красноярск:Институт физики,1978,26с.

66. Малаховский A.B., Эдельман И.С.,Заблуда В.Н. Эффект Яна-Тел-лера на переходе (4G) в РеВ03. // ffiTT.~I979.-T.2I. С.2164-2166.

67. Kalakhovskli A.V..Edelman I.S. The role or the local magnetic mode in the optical absorption spectra or antiferroffiagnets.// So1.S t.Commun.-1978.-V.28.-P.475-479.

68. MalaMiovskii A.V.,Edelman I.S., Zabluda V.N. Magnetic linear dlchrolsm In PeB03.//JMMM.-1980.- V.15-18.-P.843-845.

69. Fedorov Yu.M., lekslkov A.A., Akayonov A.T., Edelman I.S. Magnetic linear dlchrolsm and blreirlngence or PeB03 In the 6A1g-4T1g transition region. // Phys.St.Sol.(b).-1981 V.106.-P.K127-K13Q.

70. Zabluda V.N., Malakhovskil A.V., Melman I.S. Magnetooptical eííects and optical absorption oí FeB03 in the region or 6A 4T1g(4G),4T2g(4G) transitions. // Phys.St.Sol.(b).-1984.~ V. 125.-P.751-757.

71. Заблуда В.Н., Малаховский A.B., Эдельман И.С. Температурная зависимость оптического поглощения и магнитооптических эффектов в РеВ03 в области переходов 6А,~ 4T1g,4T2g.//ФТТ.-1985.-Т.27.-С.133-139.

72. Малаховский A.B., Эдельман И.С., Гаврилин В.Н..Баринов Г.И. Оптические и магнитооптические спектры литиевого феррита в области I.8-4.1 ЭВ.//ФТТ.-1974.-T.I6.-C.410-414.

73. Бурлакова Р.Ф., ЭДельман И.О., Коваль К.П., Павлов В.Ф. Магнитооптические спектры окислов железа со структурой шпинели. //ФТТ.-1974.-Т.17.-С.-320-322.

74. Эдельман И.О., Бурлакова Р.Ф.,Коваль К.П. Магнитооптические эффекты в монокристаллических пленках маггемита.//Пленочные монокристаллы магнитоупорядочиващихся веществ,- Красноярск Институт физики.-1976.- С.65-71.

75. Бурлакова Р.Ф., Эдельман М.С.,Баурин В.Д. Эффект Фарадея в монокристаллических пленках ферритов. // Высокочастотные свойства магнитных пленок. -Красноярск: Институт физики.-1978.- C.I06-III.

76. Бурлакова Р.Ф..Эдельман И.С.,Заблуда В.В. Магнитный линейный и кругобой дихроизм литиевого феррита.//ФТТ.-1978,- Г. 20.-0.2893-2895.

77. Edelman I.S., Baurin V.D. Influence of Cr3+-lons on the magnetooptlcal properies of cobalt ferrite.//Phys.St.Sol.(a). -1978.-7.46.-P.K83-K86.

78. Бурлакова Р.Ф., Эдельман И.О. Магнитооптические эффекты и d-d переходы в ферритах-шпинелях.//Препринт К202Ф.-Красноярск ститут физики.-1982.- 40с.

79. Эдельман И.С..Малаховский A.B. Магнитооптические явления в соединениях с магнитными ионами.//Физика магнитных материалов .-Новосибирск,Наука.-1983.-С.102-105.

80. Васильев Г. Г .Эдельман И.О. .Петров D.E. .Еернанский B.II. Температурная зависимость меридионального эффекта Керра и электронные, перехода В Y3Fe5012.//®TX.-I990.-T.32.-С.269-271.

81. Степанов С.А.,Эдельман Т.О..Петровский Г.Т.,Скороспелова В.И. Камерда В.Ц. Эффект Фарадея в стеклах системы К20-А1203-В203 с добавками Ре203.//Физ.Хим.Стекла.-1981.-Т.7.-С.73-78.

82. Петровский Г.Т..Эдельман И.О., скороспелова В.И., Степанов

С.А..Корнилова Э.К..Анистратова H.A.,Камерда В.П.Магнитооптические, боратные стекла.//Магнитные материалы для радиоэлектроники .-Красноярск:Институт физики.-I982-C.98-109.

83. Эдельман И.О..Скороспелова В.И..Степанов С.А..Анистратова ILA. Спектральные и магнитооптические свойства калиевоалю-моборатннх стекол,содержащих железо и марганец.//Физ.Хим. Стекла.-1983.-Т.9.-С.481-486.

84. Бурлакова'Р.Ф..Корнилова Э.Е..Петровский Г.Т..Степанов С.А., Эдельман И.С.Концентрационная зависимость магнитных свойств стекол,активированных железом и гадолинием.//Физ.Хим.Стекла. -1985.-Т.II.-С.447-450.

85. Эдельман И.С.,Зарубина т.В.,Ким Т.Д..Архипов А.К.,Горелова A.B.,Смык A.A.Эффект Фарадея в боратшх стеклах, содержащих микрочастицы феррита кобальта.//Фаз.Хим.Стекла.-IЭ07.-Т.13.-С.848-853.

86. Степанов С.А..Звегинцев А.Г..Эдельман И.О.,Ким Т.А.,С,мык A.A. Попов Г.В.Физические свойства микрочастиц ферритов железа в щелочноборатных стеклах.//Физика магнитных полупроводников.-Красноярск:Институт физики.-1987.-С.99-119.

87. Stepanov S.A.,Edelman I.S.,Kim Т.А..Petrovskli G.Т..Popov G.V.Properties oí magnetically ordered mlcropartlcles in borate glasses.//Phys.St.Sol.(a).-1987.-V.104.-P.805-813.

88. Эдельман И.С..Степанов С.А.,Скороспелова В.И.,Ким Т.А., Смык А.А.Анистратова H.A.Эффект Фарадея в боратных стеклах с примесями оксидов железа и кобальта. // Изв.АН СССР,сер.неорган, матер.-1988.-Т.24.-С.I904-I908.

89. Edelman I.S..Zarublna T.V.,Stepanov S.A.,Klm Т.А. Magnetic properties oí íerrlte mlcropartlcles In borate glasses.//JMMM -1992.-V.110.-P.99-102.

90. Бержанский B.H. .Гавричков С.А..Дрокин H.A. .Кононов В.П. .Чернов B.K..Чистяков Н.С.,Эдельман И.С. Синтез и физические свойства магнитных пленок халькогенидных шпинелей хромав/Свойства монокристаллов магнитоупорядоченшх веществ.- Красно-ярск:Институт физики.-1978.-С.-17-25.

91. Эдельман И.О..Кононов В.П..Васильев Г.Г.,Дустмурадов Г.Магнитный дихроизм в тонких пленках CdOr^e^.//ФТТ.-1978.-Т.20.-С.3690-3692.

92. Овчинников С.Г.,Эдельман И.О..Дустмурадов Г.Энергетическая структура и магнитооптические аффекты в CdCr2Se4.//®TT.-I979. T.2I.-С.2927-2934.

93. Edelman I.S..Dustmuradov G.,Vasllyev G.G.,Kononov V.P.Tempera ture dependence oí magnetic linear dlchrolsm In CdCr2Se4 thin íIlms.//Proceedings oí the 9-th International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces.-Poland.-1979.-P.139-141.

94. Ерухимов М.Ш..Эдельман И.О. Энергия электронных термов ионов Cr в магнитном полупроводнике CdCr2Se4.//Препринт N 147Ф.-Красноярск:Институт ф-шаш. 1980.25 с.

95. Эдельман И.О..Дустмурадов Г. Магнитооптические эффекты в •тонких пленках ферромагнитных халькошшшелей.//Магнитные полупроводники и их свойства.-Краскоярск:Институт Физики.-1980. - C.I6I-I70.

96. Edelman I.S.,Bustmurado7 G.,Kononov 7.P.Polarized light absorption oi the magnetic semiconductor Cd0r2Se4.//Phy3.St.Sol (b).-1983.-V.117.-P.351-354.

97. Гавричков B.A..Ерухкмов M.IU. .Овчинников С.В. .Эдельман И.О. Плотность состояний и спектр поглощения CdCr2Se4 в многоэлектронной модели.//Препринт N 328Ф.-Красноярск.-1985.- 28 с.

98. Гавричков В.А..Ерухнмов М.Ш.,Овчинников о.Г.,Эдельман-И.С. Ыногоэлектронная энергетическая структура и физические свойства ферромагнитного полупроводника CdGr2Se^.//S3TO.-I986.-Т.SO.-С.1275-1287.

99. Berzhansky V.li. .Ivanov v.I..Kononov V.P.,Edelman I.S., Havrl-chtov S.A..Chernov V.K. .Shlslikov A.G..Plrogova A.M. Synthesis and physical properties of chalcogenlde chromium spinel films //Thin solid films.-1990.-V.190.-P.199-215.

ЮО.Эдельмая М.С.,Сырова Н.И.Установка для измерения эффекта Фарадая в ш.//Аппаратура и методы исследования тонких магнитных пленок.-Красноярск.'Институт фазики.-1968.-С.137-Г41.

ЮТ.Бержшскпй D.H..Гавричков С.А..Кононов В.П., Мнешь С.В.Полу ченке и исследование свойств пленок халькогенпдных шпинелей хрома.//Изб.АЛ СССР,сер.неорган.матер.-1980.-Т Л6.-С.815-818.

102.Гайдуков Ю.П. .Копцшс С.В. .Кранчик Г.С.»Нагиб H.II Эффект Фарадея в одноподреаеточном феррите-гранате.//ФТТ.-1983.-Т.30 С.255-258.

103.Crossley И.A. .Cooper П.57. .Page J.L. Paraday rotation In rare earth Iron garnet.//Phys.Rev.-1969.-V.181.-P.896-904.

104.Scott G.B.,LacKlison D.E..Ralph II.I..Page J.L. Magnetic circular dlchrolsm and Paraday rotation spectra of Y3Feg012.// Phys.Rev.В.-1975.-V.12.-P.2562-2571.

ЮБ.Кричевцов В.В.,0чилов 0..Писарев P,В.Подрешеточная анизотропия магнитного линейного дихроизма нттриэвого феррита-граната Y3?e5°12'//ФТТ•-1983•-Т.25.-С.2404-2412.

Юб.Кринчик Г.С.Дучара М..Горбунова в.Д..Гущин B.C. Тонкая стук-тура линий поглощения в одноподрешеточшх ферритах-гранатах. // ®ГТ.-1981.-Т.23.-С.405-412.

I07.Camphausen D.L.,Coey J.;,i.D. .Chakraverty В.К.One-electron energy levels In PeB03.// Phys.Rev.Ls11.-1972.-V.29.-P.657-660.

108.Баурин В.Д. .Бурлакова Р.Ф..Долгарев А.А.Садилов К.А.Магнитооптические и свойства монокристаллических пленок системы COyPe^O^. //Физика магнитных, пленок.-Иркутск:11едагогический институт.-1975.-С.49-51.

ШЭ.ТапаЬе Y.,Sugano s.On the absorption spectra of complex ions. //J.Phys.Soc.Japan.-1951.-V.9.-P.753-766.

11 О.Симонова Ы.И.,Угольникова E.A.K вопросу о распределении катионов в твердых растворах ферритов и хромитов.//Изв.АН СССР, сер.физ.-19СЗ.-Т.27.-С.1510-1516.

111.Blant R.P.Optical absorption ol cobalt in manganese fluoride. //J.Chem.Phys.-1966.-V.44.-P.2317-2319.

112.Glllen R.D.,Salomon It.F.Optical spectra or chromium (III),cobalt (II) and nickel (II) ions la mixed spinels.//J.Phys.Chem -1970.-V.74.-P.4252-4256.

ПЗ.Голик Л.Л.,Кунькова Э.Э..Аминов Т.Г..Калинников В.Т.Магнитооптические свойства монокристаллов CdCr2Se4 в области края поглощения .//ФТГ.-1980-Т.22.-С.877-880.

114.Dillon J.F. .КапШшга H.Jr. .Remelto J.P.Magneto-optical properties or ferromagnetic chromium trlhalldes.//J.Phya.Chem. Solids.-1966.-V.27.-P.1531-1549.

115.Bongers P.P.,Zamarchl.G.Infrared absorption spectrum and Pa-raday rotation or rerromagnetlc CdCr2Se4.//Sol.St.Conmun.-1968.-V.6.-P.291-295.

Нб.Ерухимов М.Ш. .Овчинников С.Г.Электронный спектр и поглощение света в магнитных полупроводниках.//ФТТ.-1979.-Т.21.-С.351-358.

117.Нагаев э.Л.Физика магнитных полупроводников.//М.:Наука.1979.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Общая характеристика работы................................3

Основное содержание работы................................................10

1. Использованные методики........................................................10

2. Исследуемые образцы ..............................................................10

3. Магнитооптический спектр и спектр

возбувденных состояний ?еВ03......................................II

4. Магнитооптические свойства ферритов-шпинелей........13

5. Эффект Фараде я и магнитные свойства алшо-боратных стекол с примесями оксидов переходных элементов......................................................19

6. Магнитооптические аффекты в магнтном полупроводнике сасг28е4......................................................................2в

Выводы ..................................................32

Литература ..................,.............................35