Магниторефрактивный эффект в гранулированных нанокомпозитах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

МОСКОВСКИМ государственный университет

имени М. В. Ломоносова Физический факультет

УДК 537.632 На правах рукописи

Козлов Андрей Александрович

МАГНИТОРЕФРАКТИВНЫЙ ЭФФЕКТ В ГРАНУЛИРОВАННЫХ НАНОКОМПОЗИТАХ

Специальность 01.04.11 - физика магнитных явлений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Москва-2005

Работа выполнена на кафедре общей физики физического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.

Научные руководители :

доктор физико-математических наук, доцент В. С. Гущин

Официальные оппоненты :

доктор физико-математических наук, профессор П. Н. Стеценко

кандидат физико-математических наук, ст.н.с. Б. А. Аронзон

Ведущая организация :

Институт физики им. Л.В.Киренского СО АН России г.Красноярск

Защита состоится 2005 года в аиов а

заседании Диссертационного Совета К 501.001.02 физического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, ГСП, Москва, Воробьевы Горы, МГУ, физический факультет, аудитория

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.

Автореферат разослан

года.

Ученый секретарь Совета

кандидат физико-математических наук, И. А. Никанорова

Ж'-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Явление магнитосопротивления в его экстремальных проявлениях: гигантское - в многослойных структурах ферромагнитный металл - немагнитный металл, туннельное - в гранулированных структурах ферромагнитный металл - диэлектрик, а также колоссальное - в ферромагнитных полупроводниках, давно приковывает внимание исследователей.

Нанокомпозиты ферромагнетик-диэлектрик, выявившие практически в первых исследованиях ряд важных и необычных транспортных свойств и, в первую очередь, туннельное магнитосопротивление (ТМС) и гигантский Холл-эффект, сразу попали во внимание и практиков, и исследователей. Интерес, однако, не ограничился только магнитотранспортными свойствами. В ряде магнитоупорядоченных наноструктур, таких как Со-СиО, Со-А12О3, наряду с гигантским и туннельным магнитосопротивлением, в области видимого и близкого инфракрасного (ИК) диапазонов длин волн были обнаружены линейные и нелинейные оптические и магнитооптические эффекты (МОЭ). Наиболее яркие отклики взаимодействия излучения оптического и особенно инфракрасного диапазонов с ферромагнетиками, содержащими магнитные неоднородности нанометрового размера, на воздействие магнитного поля состоят в появлении нелинейного по намагниченности гигантского магнитооптического эффекта - магниторефрактивного эффекта (МРЭ). МРЭ в ИК диапазоне выявляет своеобразную частотную зависимость и превышает традиционные нечетные и четные МО эффекты отражения в десятки раз.

В общих чертах понятно, что механизмы ТМС и МРЭ связаны, как большинство явлений в магнитоупорядоченных твердых телах, со спиновой поляризацией электронных состояний соседствующих фаз ферромагнетика и обусловлены спин-зависящим туннелированием через прослойки диэлектрика и спин-зависящим рассеиванием на поверхностях раздела проводника и диэлектрика поляризованных электронов ферромагнетика. Однако, полной ясности в понимании физической природы этих эффектов нет. Не существует удовлетворительного объяснения концентрационных зависимостей электросопротивления, магнитных и МО свойств, поглощения электромагнитного излучения в СВЧ диапазоне длин волн и других эффектов в наноструктурах. Указанные вопросы представляют интерес не только в чисто научном плане, но важны и для реализации практических задач при синтезировании наност-руктурных материалов с заданными магнитными и МО параметрами, и при использовании их как носителей информации и в качестве магнитоактивных элементов для устройств записи и считывания информации, и как бесконтактных сверхчувствительных датчиков магнитного поля и температуры, и т.д.

Следует указать на важное обстоятельство, связанное с использованием МО методик для изучения физических свойств и физических явлений в низкоразмерных магнитонеоднородных материалах. Хорошо известно, что МОЭ, в отличие от оптических, обладают высокой чувствительностью к изменениям магнитной и электронной структур ферромагнетика; они чувствительны к знаку спина, к механизмам рассеяния и поглощения света, к характерным структурным параметрам: размерам гранул, их форме и топологии магнитных неоднородностей. Установление корреляции МРЭ с ТМС позволит применять МО методики и для физических исследований магнитотранс-портных параметров наноструктур, и для оперативного контроля за этими параметрами в технологическом процессе.

Цель работы заключалась в выяснении физических механизмов магнито-рефрактивного эффекта в наиболее важных с научной и прикладной точек зрения наногранулированных композитах ферромагнитный металл - диэлектрик и особенностей распространения света в этих материалах.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

> Разработать и создать установки для изучения магнитооптических эффектов отражения и пропускания наноразмерных ферромагнетиков в ИК диапазоне длин волн.

> Экспериментально подтвердить для нанокомпозитов связь эффектов статического туннельного магнитосопротивления и его частотного аналога - магниторефрактивного эффекта, для чего:

- исследовать спектральные, полевые, угловые и поляризационные зависимости магниторефрактивного эффекта ряда нанокомпозитов, обладающих гигантским магнитосопротивлением;

- исследовать спектральные зависимости коэффициентов отражения и пропускания;

- определить оптические константы нанокомпозитов и на основе полу-

ченных данных рассчитать спектральные зависимости магнитореф-рактивного эффекта.

Научная новизна работы.

> Все экспериментальные и расчетные результаты работы получены впервые.

> Разработаны методики и созданы установки для изучения магнитооптических свойств нанокомпозитов в ИК диапазоне длин волн.

> Впервые изучены частотные, угловые, полевые и поляризационные зависимости магниторефрактивного эффекта и магнитооптического экваториального эффекта Керра нанокомпозитов ферромагнитного кобальта, диспергированного в матрицы оксидов алюминия, кремния и титана, обладающих гигантским магнитосопротивлением; показано, что в нанокомпозитах материал матрицы играет существенную роль в формировании магнитооптических эффектов.

> Разработана методика расчета в ИК диапазоне длин волн показателей преломления нанокомпозитов, создано программное обеспечение, рассчитаны спектральные, поляризационные и угловые зависимости маг-ниторефрактивного эффекта нанокомпозитов Со51 5А1195029, (Со0 4Ре„ 6)4S(Mg-F)52; достигнуто хорошее согласие рассчитанных данных с экспериментальными.

> Впервые проведено изучение частотной, полевой и поляризационной зависимостей магниторефрактивного эффекта в отраженном и проходящем излучении для нанокомпозитов (Со4^е452г10)х(8Ю2)100-х, (Со0 4Fe0 6)4S(MgF)52; показано, что в последнем образце величина маг-ниторефрактивного эффекта в отраженном свете достигает наибольшего (гигантского) значения (~ 1.5%) из всех ранее исследованных нано-структурных ферромагнетиков.

Практическая ценность. Полученные в диссертационной работе результаты существенно расширяют представления о магнитооптических явлениях в магнитоупорядоченных наноразмерных материалах. Результаты исследований спектральных, поляризационных, полевых и угловых зависимостей маг-ниторефрактивного эффекта в нанокомпозитах ИК диапазона длин волн показали, что магниторефрактивный эффект не связан с спин-орбитальным взаимодействием, а обусловлен спин-зависящим рассеянием или туннелиро-ванием. Результаты исследования частотной и полевой зависимости магни-торефрактивного эффекта нанокомпозитов Со-А1-О, CoFe-MgF могут быть использованы при решении практических задач синтезирования новых магнитных материалов с большим магнитосопротивлением.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту.

> Установлена связь эффектов статического туннельного магнитосопро-тивления и его частотного аналога - магниторефрактивного эффекта.

> Результаты исследований спектральных, полевых, угловых и поляризационных зависимостей магниторефрактивного эффекта ряда наноком-позитов, обладающих туннельным магнитосопротивлением.

> Результаты исследований спектральных зависимостей коэффициентов отражения и пропускания нанокомпозитов в ИК области спектра.

> Результаты расчетов показателей преломления ряда нанокомпозитов и определенные по ним спектральные, угловые и поляризационные зависимости магниторефрактивного эффекта.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на: «Third international scientific workshop materials for electrical engineering, MmdE-2001» (Romania, 2001); XVIII и XIX Международных школах-семинарах «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, 2002 и 2004); IV международном семинаре "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении" (Астрахань, 2002); «Московском Международном симпозиуме по магнетизму MISM». - (Moscow, MSU, 2002); «The XVIII International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces» (Madrid, 2003); «Проблемы магнетизма в магнитных пленках, малых частицах и нанострук-турных объектах» (Астрахань, 2003); "Ломоносовских чтениях" (Москва, 2003); «EASTMAG-2004, Euro-Asian Symposium «Trends in Magnetism» (Krasnoyarsk, 2004); 7-м Междисциплинарном, международном симпозиуме «Порядок, беспорядок и свойства оксидов О D Р О - 2004» (Сочи, 2004); Симпозиуме и летней школе «Nano and Giga Challenges in microelectronics», Krakov, Польша, 2004.

Публикации. Основные результаты работы диссертации опубликованы в 22 печатных работах (из них 5 статей).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа содержит 129 страниц, включает 64 рисунков, 3 таблицы и 177 библиографических ссылок.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель работы и дана краткая характеристика разделов диссертации.

Первая глава посвящена обзору теоретических и экспериментальных работ по изучению магнитных и электрических свойств гранулированных сплавов.

Вторая глава посвящена обзору экспериментальных и теоретических работ по изучению оптических и магнитооптических свойств низкоразмерных наноструктур и нанокомпозитов ферромагнитный металл в диэлектрической матрице. Приведена классификация магнитооптических эффектов.

Третья глава носит оригинальный характер и посвящена рассмотрению методов измерения и экспериментальных установок, созданных для исследования оптических и магнитооптических свойств нанокомпозитов.

О)

(2)

В разделах 3.2-3.4 представлены экспериментальные установки и методики исследования магниторефрактивных эффектов на отражение | и пропускание т. Во всех измерениях магниторефрактивный эффект, также как и экваториальный эффект Керра, находился как отношение изменения интенсивности отраженного (прошедшего) излучения при намагничивании образца в его плоскости к интенсивности излучения, отраженного (прошедшего) образцом в размагниченном состоянии: в случае отражения излучения

Я ~ Цу.и„) " ~Л(кг/0)'

и в случае прохождения излучения

Т(УН]^Т_Т(У,Н0)~Т(У,Н) Т(у,Н) Т Т(у,Н0) Т(у,Н„У

где - значения энергетических коэффициен-

тов отражения (пропускания) света образцом в размагниченном состоянии и в поле Н.

В используемой нами геометрии наблюдения магнитооптических эффектов на р-волне линейно-поляризованного света (Е1М) одновременно могут проявляться три интенсивностных эффекта: линейный по намагниченности Мэкваториальный эффект Керра (ЭЭК), и два квадратичных по М - ори-ентационный (ОМЭ) и МРЭ. Применяемые для исследования магнитооптических эффектов Керра динамические МО установки на 2 - 3 порядка имеют более высокую чувствительность, чем статические [2], но они принципиально не могут быть использованы в ряде случаев. В частотности, в измерениях при перемагничивании образца невозможно обнаружить четные магнитооптические эффекты. Такие эффекты можно выделить при статическом одно-полярном намагничивании ферромагнетика [2].

Магниторефрактивный эффект в данной работе измерялся на установке, описанной в [1], позволяющей проводить измерения МРЭ не только при падении излучения близком к нормальному (<р ~ 8°), но и при углах 20 и 45°. В измерениях МРЭ при угле падения света, близком к нормальному {(р~ 8°), например, исключается вклад ЭЭК, который при нормальном падении света зануляется. Постоянный магнит впоследствии был заменен электромагнитом, при питании которого постоянным или переменным электрическими токами Нтх достигало 1700 Э. Это позволило создавать два устойчивых магнитных состояния образца: намагниченное до М(Н) и полностью размагниченное М = 0 при Н = 0, что необходимо для наблюдения четных эффектов. Введение сеточного поляризатора КЕ5-5 позволило уверенно работать либо нар-, либо на ,5-компонентах линейно-поляризованного света. Магнитооптическая приставка помещалась в магнитный экранирующий кожух, чтобы исключить или

уменьшить, как влияние внешних магнитных полей и фоновых засветок, так и влияние магнитного поля электромагнита на электронную схему и приемник излучения спектрометра. В результате применения операций накопления (по 1000 сканам), взаимно обратимых циклов и сглаживания уровень шумов не превышал 1 • 10-4 в области частот 500 - 1500 см'. Все измерение оптического отражения и МРЭ проведены со спектральным разрешением 4 см'', при комнатной температуре.

Спектральные и полевые зависимости экваториального эффекта Керра измерялись по динамической методике [2], состоящей в периодическом изменении интенсивности света при модуляции магнитного состояния образца переменным магнитным полем (V = 78 Гц, максимальная амплитуда поля Нтах= 2.25 кЭ, угол падения света ф= 70°, температура комнатная).

Нами разработана компьютерная программа расчета оптических постоянных неизвестного слоя (ферромагнетика, подложки), входящего в многослойную систему, в предположении, что оптические характеристики других слоев известны либо из литературных источников, либо могут быть введены в программу в качестве известных данных из предварительных расчетов более простых систем. Так, например, для расчета показателей преломления и поглощения пленки в 4-х слойной системе воздух-пленка-подложка-воздух оптические параметры подложки, вводимые в модель, предварительно рассчитываются из экспериментальных данных, полученных для 3-х слойной системы воздух-подложка-воздух. Созданная программа позволяет варьировать как толщину слоев, так и угол падения света и поляризацию. Проверка работоспособности компьютерной программы проводилась для трехслойного случая - плоской пластины кремния в воздушной среде, а также для жидкостей (воды, спирта).

Четвертая глава посвящена краткому обзору магнитных и структурных свойств исследуемых образцов, а также методам их приготовления. Исследуемые образцы нанокомпозитов можно распределить по трем группам, характеризуемых способом изготовления. Пленки гранулированных нано-композитов Сох (А1,р) 10-, Со(8Ю,)1т_, Со(ТЮ) т_х были изготовлены методом радиочастотного магнетронного распыления. Все образцы содержат гранулы ферромагнитного металла или сплава, размер которых 2 - 5 нм и которые хаотично распределены в матрицах оксидов алюминия, кремния и титана. Принципиально по такой же технологии были синтезированы наногра-нулированные образцы системы (ЖвСо) - (MgF), МС которых достигало 13.3 % при комнатной температуре в магнитном поле 10 кЭ.

Пленки аморфного ферромагнитного сплава Со4^е452г10 в аморфной матрице двуокиси кремния а-8Ю2 были получены методом ионно-лучевого распыления составных мишеней. При одновременном распылении металли-

ческого сплава и диэлектрика из составной мишени с переменным расстоянием между пластинами кварца в едином технологическом цикле формировалась гранулированная структура с широким и непрерывным набором концентраций металлической фазы. Значения концентраций металлической фазы х находились в интервале от 30 до 65 атомных процентов. Максимальная величина гигантского магнитосопротивления достигала 3.5% в пленках (Со45Ре452г10)43(8Ю17)57 . По данным электронно-макроскопических исследований полученные композиты представляли собой аморфные металлические гранулы размером от 2 до 7 нм (в зависимости от соотношения фаз), распределенные в аморфной диэлектрической матрице. Меньший размер гранул соответствует меньшим концентрациям металлической фазы, больший размер характерен для образцов с концентрацией х выше 60 ат. %. Полученные в процессе роста гранулы не абсолютно изолированы в диэлектрической матрице (даже в случае высокой концентрации $Ю2), а образуют небольшие конгломераты и цепочки, которые, в свою очередь, формируют лабиринтную структуру.

Пленки системы Ре - 8Юп были изготовлены методом двойного ионно-лучевого распыления на кремниевые подложки Ре и 8Ю2 из составной мишени, позволяющей менять соотношение ферромагнетика и диэлектрика. Характерный размер гранул ~ 4 нм, толщина пленок 0.2 - 0.8 мкм.

Пятая глава носит оригинальный характер и посвящена исследованию магниторефрактивного эффекта в гранулированных нанокомпозитах.

Наиболее простое соотношение для МРЭ металлических систем в спектральной области Хагена-Рубенса получено в [3], где показано, что при нормальном падении света величина магнитоиндуцированного отклика имеет вид:

Здесь ЩН=0) и ЩН) - коэффициенты отражения света образцом в нулевом и в магнитном поле Н, р(Н=0) И р(Н) - электросопротивления в отсутствии магнитного поля и в магнитном поле Я, соответственно, Лр/р - абсолютное значение МС. Из выражения (1) следует, что большие значения МРЭ должны наблюдаться в системах с большим МС и малым коэффициентом отражения, то есть не в металлических системах, а в наноструктурах с туннельными контактами, как, например, в наногранулированных системах металл - диэлектрик.

На рис. 1 приведены спектры частотной зависимости коэффициента отражения К(у) нанокомпозитов Со47А11930337, Со51 5 А1195029, Со 5 5 2А119025 8, а также сапфира - А1203 и поликристаллического кобальта, измеренные при угле падения света 45° на ^-компоненте линейно-поляризованного света. В

диапазоне частот 3500 - 5500 см- для образца Co47Al19 3O33J, 3000 - 5500 см' для образца Со51 5А1195О29 и 2000 - 5500 см' для образца Co 55 2Al19O25 8 отражательная способность практически не зависит от частоты. При меньших энергиях характер спектров R(v) этих композитов усложняется. Известно [4], что вблизи порога перколяции нанокомпо-зиты становятся относительно прозрач-ными, поэтому даже для сравнительно толстых пленок нельзя полностью пренебрегать интерфе-ренцией света, отражен-ного на границах пленка - воздух и пленка - подложка. По этой причи-не для исследуемых нанокомпозитов в

области больших длин волн наблюдается осцилляционное поведение спектров коэффициента отражения R(v), при этом наибольшие изменения R(v) приходятся на область 1000 - 3500 см-' для образца CO47AI193O337, 1000 - 3000 см' для образца С0515AI195O29 и 1000 - 1800 см' для образца Со^-;2AI19O2S8- Ниже 1000 см' осцилляции исчезают, что связано с резким возрастанием поглощения в матрице AI2O3 [4]. В спектре частотной зависимости коэффициента отражения поликристаллического кобальта не обнаружено каких-либо особенностей и величина R(v)c0 "плавно" изменяется в пределах 65 - J5%.

Сопоставление, например, спектров отражения линейно-поляризованного излучения всех нанокомпозитов, содержащих гранулированный ферромагнетик, диспергированный в матрице оксида алюминия, с соответствующим спектром кристаллического Al2O3 который был в нашем распоряжении, приводит к заключению, что ярко выраженный минимум в спектрах R(v) в области частот 900 - 1100 см ' на s-компоненте и уширенный на ^-компоненте связан с возбуждением продольной фононной моды в кристаллическом А'рз, локализованной при 950 см ' [4]. В полученных методом тандемного радиочастотного магнетронного распыления нанокомпозитах диэлектрическая матрица оксида алюминия является аморфной с более тесным расположением атомов алюминия и кислорода в ближайшем окружении, чем в кристаллическом аналоге. Поэтому можно считать, что установленный

1,00

ооо ь-ь"—I -■——|-1-<-1---1-

1000 2000 3000 4000 £000

Волновое число V, см'

Рис.1. Частотная зависимость коэффициента отражения Я(у) нанокомпозита Со<7А1ц з035 7 (1), Со,, 5А19 5Ог9 (2), Со55 2А119О25 в (3), АЬСН и поликристаллического кобальта для р-компоненты линейно-поляризованного света; <р= 45°.

факт уширения обсуждаемого минимума обусловлен аморфной природой матрицы в нанокомпозите и нанокристалличностью (а, возможно, и аморфностью) гранул металла.

Исследования частотной зависимости оптического отражения (рис.2) нанокомпозитов системы (Со45ре457гю)х(8Ю17)100-11 показали, что для всех концентраций в интервале частот 500 - 7000 см ' коэффициент отражения К(у) в 2 - 3 раза ниже, чем для чистых металлов, входящих в состав гранул, и практически не зависит от частоты в диапазоне 2500 - 7000 см '. Ниже 2500 см' отмечается незначительное уменьшение К(у) для образцов с концентрациями менее 47 ат.%. В интервале частот 1100 - 1400 см'1 наблюдается резкое уменьшение К(у) с последующим возрастанием коэффициента отражения, связанное с поглощением в матрице окиси кремния. В области частот 500 - 1300 см'' наблюдается ряд полос поглощения матрицы SiO2 - это оптические фононные моды, которые, по данным [5], связаны с поперечными V~ 800 и 1070 см' и продольными V ~ 1200 и 1240 см ' фононными модами. Минимальные значения Я.^) приходятся на образцы из диапазона концентраций 34 - 47 ат.%, находящиеся в окрестности порога пер-коляции, определяемого по данным концентрационных зависимостей магни-тосопротивления и соответствующего х„ор и 43 ат.%. Осцилляционное поведение Я.^) для образцов указанного диапазона концентраций в интервале частот 1100 - 1400 см ' связано с интерференцией света, отраженного на границах пленка-воздух и пленка-подложка. При этом наибольшие изменения Я.^) приходятся на узкий интервал 1300+100 см'', в котором коэффициент отражения изменяется более, чем в два раза.

При исследованиях магниторефрактивного эффекта в магнитных гранулированных нанокомпозитах нашей первоочередной задачей было установить, что МРЭ в изучаемых материалах не является обыкновенным эффектом Керра. Для этого нужно было показать, что магниторефрактивный эффект в нанокомпозитах не связан с нечетными магнитооптическими эф-

0,5 У\

_I_,_I_._I___' _I_._

1000 2000 . 3000 4000 5000 6000

Волновое число V, см '

Рис. 2, Частотная зависимость коэффициентов отражения нанокомпозитов (Со4,Ре«2гю),(8Ю| 7)100-«. Ф- 8°.

фектами. Поэтому в данной работе параметр МРЭ, во-первых, определялся как среднее арифметическое из большого числа (> 10) измерений эффекта при двух противоположных направлениях поля, изменяющихся от 0 до Я и от 0 до - Н. Нечетные эффекты при таком процессе измерений исключаются [2]. Во-вторых, измерения МРЭ проводились в поляризованном свете при различных ориентациях внешнего магнитного поля Н по отношению к плоскости поляризации света - Н 11М, Е J. М (экваториальная геометрия) и Н Им. Е Им (меридиональная геометрия). Эти эксперименты не выявили каких-либо отличий спектров МРЭ в экваториальной и меридиональной геометриях.

На рис. 3 представлены спектры частотной зависимости магнитореф-рактивного эффекта нанокомпозитов CO43AI22O35 (1), С0515AI195O29 (2), Cc>55 2A1¡9025 8 (3) для р-компоненты линейно-поляризованного света, полученные в магнитном поле 1.6 кЭ для угла падения 45°. Наибольшие значения МРЭ достигаются в тех областях спектра, где отражение минимально, так для образца С051 5AI195O29 п ЫОЙ со1 и г а е т величины = 0.9%. В области частот больших 1000 см', также как и коэффициент отражения, МРЭ носит осцилляционный характер с "периодами", уменьшающимися с ростом частоты. Более тонкому образцу Со51 5А1195029 соответствует больший период осцилляции Av~ 700 см ' в диапазоне частот 1300 - 3000 см1 как в МРЭ, так и в коэффициенте отражения. По характеру дисперсии спектров £(v) и R(v) и по величине периодов осцилляций, полученных в теоретических оценках с учетом реальных толщин и комплексных показателей преломления данных нанокомпозитов, можно утверждать, что осцилляции (), также как и R(v), имеют интерференционное происхождение. Об этом свидетельствуют данные исследований дисперсии и спектров оптического отражения, и магни-торефрактивного эффекта §v) образцов с наночасти-цами ферромагнитного Со, внедренного в различные диэлектрические матрицы.

Мы также провели измерения и и AR для монокристаллического А12О3 во всем исследуемом спектральном диапазоне в

1000 ¡ 500 2000

Волновое число v tv'

Рве. 3. Дисперсия магниторефрактивного эффекта наноком-тозитов Со,3А122035 (1), С0515AI195O29 (2), Co5j 2AI19O25 8 (3) зля /^-компоненты линейно-поляризованного света; <р = 45°

полях до '.6 кЭ и для углов падения света 8 и 45° и не нашли, в пределах погрешности измерений, отличий в спектральных зависимостях коэффициента отражения света при намагничивании образца. Можно с уверенностью говорить, что при этих углах падения излучения и на р-, и на ,5-поляризациях маг-ниторефрактивный эффект материала диоксида алюминия отсутствует. Материал диэлектрической матрицы влияя на оптические параметры нанокомпозита и туннельное МС, косвенно изменяет и МРЭ ферромагнитного нанокомпозита.

Нанокомпозит (Соо4рбоб)48(М§-Р)52, обладающий туннельным характером проводимости, имеет магнитосопротивление ~ 13 % при комнатной температуре в поле 10 кЭ. В связи с этим мы провели измерения оптических и магнитооптических свойств этого образца. Измерение магниторефрактивного эффекта было выполнено в магнитном поле Н = 1.7 кЭ, на ^-компоненте линейно-поляризованного света при углах падения света 8 и 45° при комнатной температуре. В диапазонах частот 450 - 650 и 1300 - 3000 см ' изменения магниторефра-ктивного эффекта носят плавный характер (рис. 4). Значения МРЭ в этих диапазонах не превосходят 0.1 %. Наиболее интересной особенностью спектров частотной зависимости магниторефрактивного эффекта является то, что в интервале частот 500 - 1200 смс', где коэффициент отражения имеет минимальные значения (< 5 %), магниторефрактивный эффект оказывается аномально большим и при нормальном падении достигает 1.3% (рис. 4), что на два порядка больше традиционных магнитооптических эффектов в инфракрасной области спектра. Такое значение эффекта, превышающее МРЭ во всех ранее исследовавшихся металлических и неметаллических наноструктурах, можно считать рекордным, и мы назвали его гигантским магнитооптическим эффектом. Говоря о достоверности приведенных на этом рисунке данных по зависимости £(у), подчеркнем, что уровень шумов (см. кривая 3 на рисунках 4) не превышает 10'3, а представляемые на рисунках значения эффекта получены усреднением данных из 1000 отдельных ска-нов. По нашим представлениям, наблюдаемое резонансное усиление эффекта связано с уменьшением коэффициента отражения.

Таким образом, магниторефрактивный эффект в этом образце существует в широкой области спектра, включая ближний Ж диапазон. Простые оценки показывают, что характерное время туннелирования t, которое при ширине туннельного барьера а - 1 - 3 нм и фермиевской скорости Ор -108см/с должно составлять /=о/Цр = 10 15 - 10 " с. Это означает, что в ближней инфракрасной области спектра характерное время туннелирования много меньше периода электромагнитной волны. Что еще раз свидетельствует, что магниторефрактивный эффект в ферромагнитных системах с туннельной

проводимостью является следствием спин-зависимого высокочастотного туннелирования

Этот гигантский магниторефрактивный эффект открывает новые возможности как для изучения спин-зависящего высокочастотного туннелирования, поиска новых композиций в системе сплавов с гранулами ферромагнетика Со¥в (или другого ферромагнитного металла) в матрице так и для практического использования таких нанокомпозитов в магнитооптике инфракрасного диапазона длин волн

Известно, что сплавы на основе кобальта в областях видимого и ближнего УФ диапазонов длин волн выявляют частотно-независимый экваториальный эффект Керра 8 [2], но в исследуемых нами структурах такое поведение не наблюдается Все спектры значительно отличаются от соответствующего спектра чистого поликристаллического кобальта Для всех нанокомпо-зитов наибольшие значения 6( Ьу) наблюдаются в области энергий световых квантов 0 75 - 1 5 эВ При увеличении концентрации ферромагнетика в нано-композитах абсолютные значения ЭЭК в этой области частот увеличиваются и достигают максимума для образцов вблизи порога перколяции При несколько больших значениях энергий (17-20 эВ) максимальное значение ЭЭК наблюдается и в чистом Со, однако, в отличие от гранулированных на-нокомпозитов, знак ЭЭК ферромагнитного кобальта остается положительным

Принципиально важным для выяснения природы магниторефрактивно-го эффекта в нанокомпозитах является экспериментальное подтверждение

того, что МРЭ в этих системах связан с туннельным магнитосопротивлением, а не является следствием, как уже говорилось, каких-либо других причин, например, четных и нечетных магнитооптических эффектов Керра или влияния магнитного поля на оптические свойства диэлектрической матрицы. Одним из прямых доказательств этого может служить установление корреляции между полевыми зависимостями МРЭ и МС, измеряемыми на одних и тех же образцах и в одном и том же диапазоне магнитных полей.

Влияние магнитного поля на отражательную способность гранулированных пленок демонстрируется на рис. 5 для одного из образцов семейства СоАЮ. Изо полевые спектры <Ц(у) для р-компоненты линейно-поляризованного света получены в диапазоне частот 750 - 2200 см-1 при угле падения близком к нормальному. Максимальные значения эффекта, т.е. значения для образца, достигшего состояния технического магнитного насыщения, наблюдаются при Я > 1300 Э. Зависимость %(Н), как видно из вставки к рисунку, носит нелинейный характер. Аналогичное поведение спектров наблюдается на ^-компоненте ли- рис. 5_ Частотная зависимость магнит орефрактивного эф-нейно-поляризованного света, и не только в нанокомпо-зитах на основе матрицы оксида алюминия, но и в других системах.

Рис. 6 демонстрирует хорошее совпадение кривых полевой зависимости магни-торефрактивного эффекта и туннельного магнитосопро-тивления для образца

что оба эффекта являются четными функциями магнитного поля. Экспериментальные значения магнитоопти-

Со46А122О32, и говорит о том,

ческого и магнитотранспортного эффектов, полученные на одних и тех же образцах в одном и том же диапазоне полей, согласуются друг с другом. Подобная корреляция в нанокомпозите C043AI22O35, но для угла падения света (р = 50° отмечалась в [7] и еще раньше для гранулированной пленки металл-метачл Co-Ag, но в случае МРЭ на проходящем излучении [8]. Корреляция между магнитосопротивлением и магниторефрактивным эффектом уверенно наблюдается и для ряда других измеренных нами нанокомпозитов.

Приведенные выше результаты, касающиеся влияния магнитного поля на оптические свойства нанокомпозитов, показали, что, во-первых, МРЭ связан с туннельным магнитосопротивлением: оба эффекта нелинейно зависят от напряженности магнитного поля. Во-вторых, МРЭ в нанокомпозитах не является следствием каких-либо других причин, как-то четных и нечетных магнитооптических эффектов или влияния магнитного поля на оптические свойства диэлектрической матрицы.

Причины, по которым обращаются к исследованиям поляризационных и угловых зависимостей новых эффектов, в частности, магниторефрактивно-го эффекта, заключаются в том, что по характеру частотных зависимостей спектров v) для р- и 5-волн, а также зависимости спектров /v) от угла падения излучения на ферромагнитное зеркало отсеиваются те или иные эффекты. Например [9], эффект Керра в экваториальной геометрии равен нулю при всех частотах и при всех углах падения света на ^-компоненте линейно-поляризованного света; ЭЭК при нормальном падении света обращается в нуль; меридиональный эффект Керра проявляется как на р- , так и на s-компонентах, но имеет свою, присущую этому эффекту, дисперсию и угловую зависимость дисперсии и т.д. Наконец, основная причина измерений - получить информацию, необходимую для построения моделей МРЭ и проверки их соответствия экспериментам. Имея это в виду, мы в данной работе проводили поляризационные и угловые исследования МРЭ и оптического отражения на ряде нанокомпозитов гранулированного кобальта в матрицах окислов алюминия, кремния и титана, синтезированных проф. С.Онумой.

На рис. 1а представлены спектры частотной зависимости магнитореф-рактивного эффекта и оптического отражения нанокомпозита для р- и s-компонент линейно-поляризованного света в магнитном поле Н = 1600 Э для угла падения света <р — 45°. Наибольшие значения эффектов наблюдаются на частоте v~ 1100 см1 и составляют <Цр = — 0.9%, & — - 0.35%, а разница МРЭ тогда как значения коэффициентов отражения

равны Rp~ 0.05, Rs ~ 0.2, т.е. меньшему коэффициенту отражения соответствует больший магниторефрактивный эффект. Отметим хорошее совпадение экспериментальных спектров оптического отражения и МРЭ этого образца с

2000

Волновое число V, см' Рнс.7. Дисперсия МРЭ (сплошная линия) и коэффициента отражения /? (пунктир) канокомпозита Соя5А1ц5029 для я- и />поляризованного света, И = 1600 Э; <р= 45° (а) - эксперимент, (б) - теоретический пасчет

данными (рис. 16), полученными в наших расчетах и по нашим измерениям оптических постоянных этого образца.

Изучение зависимости МРЭ от угла падения показало, что абсолютные значения эффекта на р-компоненте во всем ИК диапазоне несколько выше, чем на л-компоненте, и при переходе к большим углам падения света Е,р практически не меняется, тогда как уменьшается (на рис. 8 приведены спектры частотной зависимости МРЭ дляр- и л- волн образца Со50 Д120 4О29 3 для (р -8, 45°). Проведенные в модели механизма высокочастотного спин-зависимого туннелирования расчеты спектров поляризационной и угловой зависимостей МРЭ в нанокомпозитах металл-диэлектрик подтверждают этот факт, и показывают, что в области малых углов падения света (как в нашем случае до 45°) МРЭ и на и на /ьволнах слабо зависит от <р. При увеличении угла падения эффект должен нарастать и достигать максимальных значений в районе угла Брюстера.

Представленные в диссертационной работе экспериментальные данные изучения поляризационных и угловых зависимостей оптических и магнитооптических эффектов показывают, что, во-первых, спектры оптического отражения и МРЭ нано-композитов существенно различаются для р- и ^-компоненты линейно-

поляризованного света; во-вторых, характер дисперсии различен в материалах с различной диэлектрической матрицей. Наиболее сильные различия в частотных

спектрах описываемых эффектов наблюдаются в области локализации оптических фононных мод окислов диэлектрика, которая для оксидов алюминия, кремния и титана составляет 900 - 1600 см ' (рис. 9).

Проверка правильности полученных результатов была достигнута самосогласованием экспериментальных и теоретических данных. С этой целью мы, во-первых, выбрали образцы Соц ¡Al/g5О29 И (COfi4Feots)48(MgF)s2, имеющие тонкую подложку Corning glass и обладающие гигантским туннельным магни-тосопротивлением, во-

вторых, измерили спектральные зависимости R и Т, в-третьих, разработали методику определения оптических параметров нанокомпозитов. На рис.10 приведены спектры частотной зависимости показателя преломления и коэффициента экстинкции нано-композита С0515AI195O29

Как следует из теории магниторефрактивного эффекта [1,3], величины показателя преломления п2 и коэффициента экстинкции к2 пленки наноком-позита при намагничивании образца записываются в виде [1]:

где Лр/р - абсолютное значение МС, соответствующее магнитному полю Н. Выражения (4) совместно с формулами для отражения и пропускания 4-х слойной системы [10] полностью определяют МРЭ и оптическое отражение нанокомпозита дляр- и л-компонент поляризованного света. На рис. 76 представлены результаты расчетов спектров МРЭ и оптического отражения в которых использованы данные рис.10. Эти спектры хорошо коррелируют с экспериментальными данными (рис.7а) и по структуре, и по величине значений £(у) и Щу). Как в спектрах £(у), так и К(у) наблюдаются осцилляции этих эффектов с периодичностью -700 см\ обусловленные интерференцией. В районе полосы поглощения наблюдается резкая смена знака эффекта, что также хорошо описывается теорией. Используя данные рис.10, мы также рас-четали спектры угловых зависимостей магниторефрактивного эффекта и коэффициентов отражения для р- и л-компонент линейно-поляризованного света. На л-компоненте наблюдается уменьшение МРЭ с увеличением угла падения, тогда как на р-компоненте линейно-поляризованного света при углах падения вплоть до ф - 50° величина магниторефрактивного эффекта не значительно увеличивается, что также находится в согласии с экспериментом.

Таким образом, приведенные данные экспериментальных исследований нанокомпозитов гранулированный ферромагнитный метал - диэлектрик показывают, что в области перколяционного перехода для нанокомпозитов наблюдается не только большое магнитосопротивление, но и большие магни-тоиндуцированные изменения коэффициентов отражения, прохождения и поглощения излучения ИК диапазона длин волн, которые можно отнести к новому магнитооптическому эффекту, получившего название магнитореф-рактивного эффекта. Магниторефрактивный эффект нанокомпозитов наиболее ярко выражен в тех областях спектра, где отражение минимально. В ряде нанокомпозитов МРЭ в таких областях частот выявляет резонансных характер, и тогда величина магниторефрактивного эффекта в области резонансов превосходит традиционные эффекты Керра в отраженном свете в десятки раз. Это указывает на иную природу (негиротропную) происхождения МРЭ, чем эффекты Керра. Четкая корреляция между полевыми зависимостями магниторефрактивного эффекта и магнитосопротивления свидетельствует о природе этого эффекта как результате высокочастотного спин-зависящего туннелирования электронов проводимости. Модель МРЭ, базирующаяся на описании туннельного контакта между гранулами перколяционного кластера

(4)

в виде параллельно соединенных емкости и туннельного сопротивления, при учете дисперсии оптических параметров ферромагнитной пленки нанокомпо-зита и подложки, а также процессов интерференции света, позволяет на количественном уровне объяснить наблюдаемые закономерности и особенности экспериментов по частотной, угловой, поляризационной и полевой зависимостей МРЭ в гранулированных системах металл - диэлектрик Со-А1-О, Со-ТЮ, Со^-О, CoFeZг-SiO2, СоРе-МяР, Fe-SiO2.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы.

1. Впервые в широкой области длин волн 12 - 20 мкм изучены частотные, поляризационные, угловые и полевые зависимости магниторефрактивного эффекта и оптического отражения нанокомпозитов ряда систем: ферромагнитного кобальта в диэлектрической матрице оксида алюминия Сох(А12О3))00.х (х = 47 - 55), гранулированного аморфного ферромагнитного сплава в матрице окисла кремния

(х = 30 - 60), а также в ряде отдельных гранулированных ферромагнитных нанокомпозитов Со52 381 и 2035 5, Созо 2Б9 ,О40 ъ (Со0,4рео,б)48(М£р)52, (Ре)055(8Ю2)0.45-

2. Показано, что магниторефрактивный эффект в наноструктурах ферромагнитный металл - диэлектрик связан с высокочастотным спин-зависящим туннелированием электронов проводимости. Большие значения магнито-рефрактивного эффекта, превышающие на два порядка традиционные магнитооптические эффекты в отраженном свете, наблюдаются в ИК области спектра, в нанокомпозитах, структурно находящихся вблизи порога перколяции и обладающих туннельным магнитосопротивлением. На основе этих данных делается вывод, что магниторефрактивный эффект имеет негиротропную природу.

3. Выявлено, что магниторефрактивный эффект в условиях интерференции света существенно возрастает.

4. Установлено, что материал диэлектрической матрицы играет существенную роль в формировании магнитооптических эффектов, как магнитореф-рактивного эффекта, так и традиционных эффектов Керра.

5. Показано, что магниторефрактивный эффект существует и на р- и на л-компонентах линейно-поляризованного света. При возрастании угла падения света от 0 до 45° значения магниторефрактивного эффекта всех исследованных нанокомпозитах на р-компоненте практически не меняются, тогда как на л-компоненте уменьшаются.

6. Показано, что теория магниторефрактивного эффекта, базирующаяся на описании туннельного контакта между гранулами как параллельное соединенное туннельное сопротивление и конденсатор, хорошо описывает

экспериментальные данные спектральных, поляризационных, угловых и полевых зависимостей магниторефрактивного эффекта в нанокомпозитах

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. В Гущин, А Козлов, А Лихтер, Угловая и полевая зависимость магниторефрактивного эффекта в гранулированных пленках с туннельным магнитосопротивлением Итоговая научная конференция АГПУ Гезисы докладов - Астрахань Изд-воАГПУ, (2001)38

2. В Гущин, А Козлов, А Лихтер, И Быков, Angular and field dependence of magnetorefractive effect in thin films with giant magnetoresistance Third international scientific workshop materials for electrical engineering MmdE-2001, Romania, (2001) 45

3. В Гущин, А Грановский, Е Ганьшина, И Быков, А Козлов, А Юрасов, Инфракрасные оптика и магнитооптика гранулированных магнитных пленок с гигантским магнитосо-противлением International Baikal Scientific Conference "Magnetic Materials", Irkutsk, September21-24,(2001)31

4. И Быков, Е Ганьшина, А Грановский, В Гущин, А Козлов, А Юрасов, А Богородский,О Сто1ней,Ю Калинин, Infrared optical and magnetooptical spectra of (CoFeZr)SiO films with tunnel magnetoresistance XVII International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO) Minsk, Belarus June 26-July 1, ID455 (2001)

5. И Быков, Е Ганьшина, А Грановский, В Гущин, А Козлов, А Юрасов, А Богородский, О Стогней, Ю Калинин, Optical and magnetooptical spectra of (CoFeZr)SiO films with tunnel magnetoresistance 15-th JMM conference (Spain, Bilbao), A-38 (2001)

6. В С Гущин, А Б Грановский, F А Ганьшина, И В Быков, А А Козлов, Инфракрасные оптика и магнитооптика гранулированных магнитных пленок с гигантским магнитосо-противлением "Magnetic Materials", Irkutsk, September 21 - September 24, (2001) 31

7. И Быков, Е Ганьшина, А Грановский, В Гущин, Ю Калинин, А Козлов, А Лихтер, Маг-ниторефрактивный эффект и оптическое отражение гранулированных пленок металл -диэлектрик в ИК области спектра, Сборник трудов XXVIII Международной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники» М Изд-во МГУ (2002) 178

8. И Быков, Е Ганьшина, А Грановский, В Гущин Ю Калинин, А Козлов, А Лихтер, Magnetorefractive effect in (CoFeZr)SiO films with tunnel magnetoresistance Тезисы докладов Московского международного симпозиума по магнетизму - М Изд-во МГУ, (2002) 58

9. И Быков, Е Ганьшина, А Грановский, В Гущин, Ю Калинин, А Козлов, А Лихтер, Оптические, магнитооптические и магниторезистивные свойства гранулированных нано-композитов (Co45Fe45Zr10)x (SiO17)100„ Тезисы докладов IV международного семинара "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении" - Астрахань Изд-во АГПУ, (2002) 153

10. А Грановский, В Гущин, И Быков, Н Кобаяши, А Козлов, С Онума, Т Масумото, М Инуе, Гигантский магниторефрактивный эффект в магнитных гранулированных сплавах CoFe -MgF // ФТТ, 45 (2003) 867

11. И Быков, Е Ганьшина А Грановский В Гущин, Ю Калинин, А Козлов, А Лихтер, Оптические, магнитооптические и магниторезистивные свойства фанулированных на-нокомпозитов (Co45Fe45Zr10)x (SiO17)100 х Вестник ВГТУ Сер Материаловедение -Вестник ВГТУ Сер Материаловедение, Вып 1 12(2002)44

12. А Грановский, В Гущин, И Быков, Н Кобаяши, А Козлов, С Онума, Т Масумото, М Инуе, Magnetorefractive effect in nanogranular films (CoFe) -(Mg-F), Intermag 2003

13. А Грановский, И Быков, Е Ганьшина, В Гущин, М Инуе, Ю Калинин, А Козлов, А Юрасов, Магниторефрактивный эффект в магнитных нанокомпозитах // ЖЭТФ, 123 (2003)1256

14. В С Гущин, Ю Е Калинин, И В Быков, А Козлов, А М Лихтер, Магниторефрактивный эффект в пленках (Fe45Co45Zr10 )SiO2 с туннельным магнитосопротивлением Журнал фундаментальных и прикладных исследований Естественные науки № 6 - Астрахань Изд-воАГУ, (2003) 179

15. А Грановский, И Быков, Е Ганьшина, В Гущин, А Козлов, А Юрасов, Оптические, магнитооптические свойства и магниторефрактивный эффект в наногранулированных ферромагнетиках Сборник расширенных тезисов докладов конференции «Ломонов-ские чтения 2003 (Секция физики)» Москва Изд-во МГУ, (2003) 61

16. А Грановский, И Быков, Е Ганьшина, В Гущин, Н Кобаяши, А Козлов, С Онума, А М Лихтер, Optical and magneto-optical properties in nanogranular film (FeCo)-(Mg-Fluonde) // Book of abstracts «The XVIII International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces» Madrid, Spain 22-25 July, (2003) 187

17. A Granovsky, A Kozlov, A Yurasov, M Inoue, JP Clerc "Magnetorefractive effect in magnetic nanocomposites in reflection dependencies on incident angle and polarization of light" in Nanostructured Magnetic Materials and their Applications, ed Kluwer Academic Publishers, В Aktas,L Tagirov (2004)

18. В Быков, Е Ю Бородина, Е А Ганьшина, А Б Грановский, В С Гущин, А А Козлов, А М Лихтер, S Онума, Магнитоотражение нанокомпозитов в ИК области спектра, Сборник трудов XIX Международной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники» - М Изд-во МГУ, (2004) С 865

19. I V Bykov, E A Gan shma, А В Granovsky, V S Guschin, A A Kozlov, A M Likhter, S Ohnuma, Magnetorefractive effect in magnetic nanocomposites, Book of abstracts « East-mag - 2004» Krasnoyarsk, Russia, 2004 С 335

20. И В Быков, Е А Ганьшина, А Б Грановский, В С Гущин, А А Козлов, Т Масумото, С Онума, Магниторефрактивный эффект в гранулированных сплавах с туннельным маг-нитосопротивлением, ФТТ 47,2, (2005) С 268-273

21. И В Быков, В С Гущин, А А Козлов A M Лихтер, S Онума, С Пхонгхирун, Влияние матрицы на магнитооптические и магнитотранспортные свойства гранулированных на-нокомпозитов, 7-й Междисциплинарный, международный симпозиум «Порядок, беспорядок и свойства оксидов О О Р О - 2004» (Сочи, 2004)

22. А Б Грановский, А А Козлов, Magnetorefractive effect in magnetic nanocomposite // Symposium and Summer school «Nano and Giga Challenges in microelectronics», Краков, Польша, 2004 С 104

Цитируемая литература

1. А Ь Грановский, И В Быков, Е А Ганьшина, В С Гущин, М Инуе, Ю Е Калинин,

А А Козлов, А Н Юрасов, ЖЭТФ 123, б, 1256 (2003)

2 .Г С Кринчик, В С Гущин // Письма в ЖЭТФ, 10 (1969)

3. А Б Грановский, М В Кузьмичев, Ж П Клерк // ЖЭТФ, 116 (1999) 1762

4. G A Niklasson, С G Granqvist // J Appl Phys , 55 (1984) 3382

5. W Bensch, W Bergholz//Semicond Sci Technol, 5(1990)421

6. В Г Кравец, А Н Погорелый, А Ф Кравец, А Я Вовк, Ю И Джежеря // ФТТ, 45 (2004) 1456

7. А Грановский, В Гущин, И Быков и др // ФТТ, 45 (2003) 867

8. М Gester, A Schlapka R A Pickford at all//J Appl Phys 85 (1999)5045

9. Г С Кринчик, Физика магнитных явлений, М 1985

10. П X Бернинг, Сборник Физика тонких пленок , под ред Г Хасса, Мир 1 (1967) 91

ООП Физ.ф-та MIT. Заказ 5-100-05

01.04

M

Введение.

Глава 1. Наноматериалы.

1.1. Нанокристаллические твердые тела.

1.2. Многослойные наноструктуры.

1.3. Гранулированные нанокомпозиты.

1.3.1. Магнитные свойства нанокомпозитов.

1.3.1.1. Магниторезистивные свойства нанокомпозитов.

1.3.1.2. Особенности магнитных свойств нанокомпозитов.

1.3.2. Получение нанокомпозитов с высокими значениями магнитосопротивления.

Глава.2. Магнитооптические исследования н^ркоразмерных нанокомпозитов.

2.1. Классификация магнитооптических эффектов.

2.2. Феноменологическое описание магнитооптических эффектов.

2.3. Магнитооптические свойства наноструктур.

2.3.1. Магниторефрактивный эффект.

Глава. 3. Методы измерения и экспериментальные установки.

3.1. Фурье-спектроскопия.

3.2. Магнитооптические установки для исследования магнитоотражения.

3.3. Методики измерений магниторефрактивного эффекта на отражение.

3.4. Магнитооптическая установка для измерения магниторефрактивного эффекта в проходящем излучении.

3.5. Магнитооптическая установка и методика измерения экваториального эффекта Керра.

3.6. Методика определения оптических констант многослойных материалов.

Глава 4. Образцы.

4.1. Аморфные гранулированные композиционные материалы ферромагнитный металл-диэлектрик.

4.2. Гранулированные композиционные материалы ферромагнитный металл-диэлектрик, обладающие гигантским туннельным магнитосопротивлением.

Глава 5. Магнитооптические и оптические свойства нанокомпозитов.

5.1. Дисперсия оптического отражения и магнитооптических эффектов.

5.1.1. Дисперсия оптического отражения.

5.1.2. Дисперсия магниторефрактивного эффекта.

5.1.3. Дисперсия экваториального эффекту Керра.

5.2. Полевые зависимости магнитооптических эффектов.

5.2.1. Полевые зависимости магниторефрактивного эффекта.

5.2.2. Полевые зависимости экваториального эффекта Керра.

5.3. Поляризационная и угловая зависимости магниторефрактивного эффекта и оптического отражения

5.4. Экспериментальное определение оптических констант.

5.5. Расчет частотной, угловой и поляризационной зависимостей магниторефрактивного эффекта.

5.6. Магниторефрактивный эффект в проходящем излучении.

Выводы.

Цитируемая литература.

Ш Литература по теме диссертации.

Явление магнитосопротивления в его экстремальных проявлениях: гигантское — в многослойных структурах ферромагнитный металл — немагнитный металл, гигантское туннельное - в гранулированных структурах ферромагнитный металл — диэлектрик, а также колоссальное - в ферромагнитных полупроводниках, давно приковывает внимание исследователей.

В данной работе представлены результаты исследований магнитных, магнитооптических и некоторых других физических свойств современных, искусственно синтезируемых наноразмерных ферромагнетиков, которые в соединениях ферромагнитный металл-диэлектрик, получили название нанокомпозитов. Размер гомогенности таких структур составляет 1 — 10 им. Нанокомпозиты ферромагнетик-диэлектрик, выявившие практически в первых исследованиях ряд важных и необычных транспортных свойств и, в первую очередь, туннельное магнитосопротивление (ТМС) [1] и гигантский Холл-эффект [2], сразу попали во внимание и практиков, и исследователей. Интерес, однако, не ограничился только магнитотранспортными свойствами. В ряде магнитоупорядоченных наноструктур, таких как Со-СиО, Со-АЬОз, наряду с гигантским и туннельным магнитосопротивлением [3], в области видимого и близкого инфракрасного (ИК) диапазонов длин волн были обнаружены линейные и нелинейные оптические и магнитооптические эффекты (МОЭ) [4-6]. Показано, что для широкого набора составов кристаллических и аморфных нанокомпозитов с магнитными наногранулами, внедренными в матрицу из оксида кремния или алюминия, оптические и магнитооптические (МО) свойства существенным образом отличаются от соответствующих свойств массивного твердого тела и находятся в сильной зависимости от различных структурных параметров [7-8]. Наиболее яркие отклики взаимодействия излучения оптического и особенно инфракрасного диапазонов с ферромагнетиками, содержащими магнитные неоднородности нанометрово-го размера, на воздействие магнитного поля состоят в появлении нелинейного по намагниченности гигантского магнитооптического эффекта - магниторефрактивного эффекта (МРЭ). МРЭ в ИК диапазоне выявляет своеобразную частотную зависимость и превышает традиционные нечетные и четные МО эффекты отражения в десятки раз. В целом, все - электрические, магнитные и оптические свойства гранулированных металлодиэлектрических структур зависят от концентрации ферромагнитной фазы и радикально изменяются при переходе нанокомпозита через порог перко-ляции [8].

На качественном уровне объяснение порождаемых свойств связано с тем, что в низкоразмерных системах количество вещества на поверхности и в объеме становятся соизмеримыми, поэтому роль поверхности, как более активной составляющей, значительно возрастает. В отличие от объема, на поверхности другая симметрия, в поверхностном слое иное магнитное упорядочение, другой обмен. В общих чертах понятно, что механизмы ТМС и МРЭ связаны, как большинство явлений в магнито-упорядоченных твердых телах, со спиновой поляризацией электронных состояний соседствующих фаз ферромагнетика и обусловлены спин-зависящим туннелирова-нием через прослойки диэлектрика и спин-зависящим рассеиванием на поверхностях раздела проводника и диэлектрика поляризованных электронов ферромагнетика. Однако, полной ясности в понимании физической природы этих эффектов нет. Не существует удовлетворительного объяснения концентрационных зависимостей электросопротивления, магнитных и МО свойств, поглощения электромагнитного излучения в СВЧ диапазоне длин волн и других эффектов в наноструктурах. Указанные вопросы представляют интерес не только в чисто научном плане, но важны и для реализации практических задач при синтезировании наноструктурных материалов с заданными магнитными и МО параметрами, и при использовании их как носителей информации и в качестве магнитоактивных элементов для устройств записи и считывания информации, и как бесконтактных сверхчувствительных датчиков магнитного поля и температуры, и т.д.

Следует указать на важное обстоятельство, связанное с использованием МО методик для изучения физических свойств и физических явлений в низкоразмерных магнитонеоднородных материалах. Хорошо известно [9-12], что МОЭ, в отличие от оптических, обладают высокой чувствительностью к изменениям магнитной и электронной структур ферромагнетика; они чувствительны к знаку спина, к механизмам рассеяния и поглощения света, к характерным структурным параметрам: размерам гранул, их форме и топологии магнитных неоднородностей. Установление корреляции МРЭ с ТМС позволит применять МО методики и для физических исследований магнитотранспортных параметров наноструктур, и для оперативного контроля за этими параметрами в технологическом процессе.

Краткое анонсирование работы показывает, что физика наноструктурирован-ных магнитных материалов в последние годы превратилась в самостоятельное на правление магнетизма. Этому способствовало большое количество новых физических явлений, обнаруженных в таких материалах, и широкие возможности их использования во многих отраслях современной техники. Проведение исследований магниторефрактивного эффекта в низкоразмерных ферромагнетиках важно и необходимо для построения физической картины происхождения и самого МРЭ, и гигантского туннельного магнитосопротивления.

Цель работы заключалась в выяснении физических механизмов магниторефрактивного эффекта в наиболее важных с научной и прикладной точек зрения наногра-нулированных композитах ферромагнитный металл — диэлектрик и особенностей распространения света в этих материалах.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

Разработать и создать установки для изучения магнитооптических эффектов отражения и пропускания наноразмерных ферромагнетиков в ИК диапазоне длин волн. г" Экспериментально подтвердить для нанокомпозитов связь эффектов статического туннельного магнитосопротивления и его частотного аналога - магниторефрактивного эффекта, для чего:

- исследовать спектральные, полевые, угловые и поляризационные зависимости магниторефрактивного эффекта ряда нанокомпозитов, обладающих гигантским магнитосопротивлением;

- исследовать спектральные зависимости коэффициентов отражения и пропускания;

- определить оптические константы нанокомпозитов и на основе полученных данных рассчитать спектральные зависимости магниторефрактивного эффекта.

Научная новизна работы:

Все экспериментальные и расчетные результаты работы получены впервые.

Разработаны методики и созданы установки для изучения магнитооптических свойств нанокомпозитов в ИК диапазоне длин волн.

Впервые изучены частотные, угловые, полевые и поляризационные зависимости магниторефрактивного эффекта и магнитооптического экваториального эффекта Керра нанокомпозитов ферромагнитного кобальта, диспергированного в матрицы оксидов алюминия, кремния и титана, обладающих гигантским магнитосопротивлением; показано, что в нанокомпозитах материал матрицы играет существенную роль в формировании магнитооптических эффектов.

Разработана методика расчета в ИК диапазоне длин волн показателей преломления нанокомпозитов, создано программное обеспечение, рассчитаны спектральные, поляризационные и угловые зависимости магниторефрактивного эффекта нанокомпозитов C051.5Aij9.5O29, (Соо,4рео,б)48(1^-Р)52; достигнуто хорошее согласие рассчитанных данных с экспериментальными.

Впервые проведено изучение частотной, полевой и поляризационной зависимостей магниторефрактивного эффекта в отраженном и проходящем излучении для нанокомпозитов (Со45ре45гг1о)х(8Ю2)юо-х, (Соо^ео.бЫМеРЬ; показано, что в последнем образце величина магниторефрактивного эффекта в отраженном свете достигает наибольшего (гигантского) значения (~ 1.5%) из всех ранее исследованных наноструктурных ферромагнетиков.

Практическая ценность. Полученные диссертационной работе результаты существенно расширяют представления о магнитооптических явлениях в магнито-упорядоченных наноразмерных материалах. Результаты исследований спектральных, поляризационных, полевых и угловых зависимостей магниторефрактивного эффекта в нанокомпозитах ИК диапазона длин волн показали, что магниторефрак-тивный эффект не связан с спин-орбитальным взаимодействием, а обусловлен спин-зависящим рассеянием или туннелированием. Результаты исследования частотной и полевой зависимости магниторефрактивного эффекта нанокомпозитов Со-А1-0, СоРе-МцР могут быть использованы при решении практических задач синтезирования новых магнитных материалов с большим магнитосопротивлением.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту.

Установлена связь эффектов статического туннельного магнитосопротивле-ния и его частотного аналога — магниторефрактивного эффекта.

Результаты исследований спектральных, полевых, угловых и поляризационных зависимостей магниторефрактивного эффекта ряда нанокомпозитов, обладающих гигантским магнитосопротивлением.

Результаты исследований спектральных зависимостей коэффициентов отражения и пропускания.

Результаты расчетов показателей преломления ряда нанокомпозитов и определенные по ним спектральные, угловые и поляризационные зависимости магниторефрактивного эффекта.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на: «Third international scientific workshop materials for electrical engineering, MmdE-2001» (Romania, 2001); XVIII и XIX Международных школах-семинарах «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, 2002 и 2004); IV международном семинаре "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении" (Астрахань, 2002); «Московском Международном симпозиуме по магнетизму MISM». - (Moscow, MSU, 2002); «The XVIII International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces» (Madrid, 2003); «Проблемы магнетизма в магнитных пленках, малых частицах и наноструктурных объектах» (Астрахань, 2003); "Ломоносовских чтениях" (Москва, 2003); «EASTMAG-2004, Euro-Asian Symposium «Trends in Magnetism» (Krasnoyarsk, 2004); 7-м Междисциплинарном, международном симпозиуме «Порядок, беспорядок и свойства оксидов О D Р О -2004» (Сочи, 2004); Симпозиуме и летней школе «Nano and Giga Challenges in microelectronics», Krakov, Польша, 2004.

Публикации. Основные результаты работы диссертации опубликованы в 23 печатных работах (из них 5 статей).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа содержит 129 страниц, включает 64 рисунка, 3 таблицы и 177 библиографических ссылок.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬ ТА ТЫ И ВЫВОДЫ.

I. Разработана методика и созданы установки для изучения магнитооптических свойств (магниторефрактивных эффектов) нанокомпозитов ИК диапазона длин волн в отраженном и проходящем излучении. Чувствительность регистрации относительного изменения интенсивности излучения составляет: в отраженном свете 10"4 и в проходящем свете 10'5 в среднем диапазоне частот 1000 - 3000 см"1 при спектральном разрешении 4 см'1.

II. Впервые в широкой области длин волн 1.Л - 20 мкм изучены частотные, поляризационные, угловые и полевые зависимости магниторефрактивного эффекта и оптического отражения нанокомпозитов ряда систем: ферромагнитного кобальта в диэлектрической матрице оксида алюминия, гранулированного аморфного ферромагнитного сплава Co45Fe45Zrю в матрице окисла кремния, а также в ряде отдельных гранулированных ферромагнитных нанокомпозитов. Показано, что:

1) магниторефрактивный эффект в наноструктурах ферромагнитный металл - диэлектрик связан с высокочастотным спин-зависящим туннелированием электронов проводимости в отличие от классических магнитооптических эффектов Керра, обусловленных межзонными электронными переходами. Большие значения магниторефрактивного эффекта наблюдаются в гранулированных нанокомпозитах, структурно находящихся вблизи порога перколяции и обладающих туннельным магнитосопротивлением;

2) магниторефрактивный эффект, также как магнитосопротивление, имеет нелинейную зависимость от магнитного поля;

3) экспериментальные результаты по магниторефрактивному эффекту в нанокомпозитах находятся в хорошем согласии с теоретическими формулами, описывающими этот эффект в гранулированных наноструктурах, а именно, большие эффекты наблюдаются в тех наноструктурах, в которых магнитосопротивление имеет большую величину, и в тех областях ИК спектра, где оптическое отражение имеет меньшее значения. Магниторефрактивный эффект в условиях интерференции света существенно возрастает;

4) в нанокомпозите (Соо,4рео,б)48(М§-Р)52 с гигантским магнитосопротивлением (7.5% в поле 1.7 кЭ) обнаружен гигантский магниторефрактивный эффект 1.5% (в поле 1.7 кЭ), являющийся на настоящее время рекордным эффектом в гранулированных нанокомпозитах;

5) материал диэлектрической матрицы играет существенную роль в формировании магнитооптических эффектов, как магниторефрактивного эффекта, так и традиционных эффектов Керра.

6) магниторефрактивный эффект существует и на р- и на s- компонентах линейно-поляризованного света. При возрастании угла падения света от 0 до 45° значения магниторефрактивного эффекта всех исследованных нанокомпози-тах на ^-компоненте практически не меняются, тогда как на s-компоненте уменьшаются.

III. Разработана методика расчета оптических констант нанокомпозитов и создано программное обеспечение; рассчитаны спектральные, поляризационные и угловые зависимости магниторефрактивного эффекта нанокомпозитов C051.5Al19.5O29, (Coo,4Feo,6)48(Mg-F)52; получено хорошее согласие рассчитанных данных с экспериментальными.

IV. Изучены частотная, полевая и поляризационная зависимости магниторефрактивного эффекта в проходящем излучении для нанокомпозитов (Co45Fe45Zrio)x(Si02)ioo-x, (Coo,4Feo,6MMgF)52, Со52.з8м2.20з5.5; величина магниторефрактивного эффекта на проходящем излучении в этих образцах достигает 0.7%.

1. A. Pakhomov, X. Yan, Y. Xu, Observation of giant Hall effect in granular magnetic films. // Journal of Applied Physics, 79 (1996) 6140.

2. Fujimory H., Mitani S., Ohnuma M. // Mater. Sci. Eng. В 31 (1995) 219.

3. O.A.Aktsipetrov, E.A.Gan'shina, V.S.Guschin, T.V.Misuryaev, T.V.Murzina, Magneto-induced second harmonic generation and magneto-optical Kerr effect in Co-Cu granular films. JMMM 196-197 (1999) 80.

4. M.Gester, A.Schlapka, R.A.Pickford, S.M. Thompson, J.P.Camplin, J.K.Eve, E.M. McCash // J.Appl. Phys., 85 (1999) 5045.

5. H.R. Khan, A. Granovsky, F. Brouers, 17. Gan'shina, J.P. Clerc, M. Kuzmichev. Magneto-optical spectra of ferromagnetic composites CoCuO. // JMMM, 183 (1998) 127.

6. H. Akinaga, M. Mizuguchi, T. Manado, E. Ganshina, A. Granovsky, I. Rodin, A.Vinogradov, A. Yurasov « Enhanced magneto-optical response on magnetic nanoclusters embedded in semiconductor» J.Magn.Magn.Mat. 242-245, part I, (2002) 470.

7. Sankar S., Dieny В., Berkowitz A.E. // J. Appl. Phys. 1997. Vol. 81. P. 5512.

8. E. Ganshina, A. Granovsky, V. Gushin, M. Kuzmichov, P. Podrugin, A. Kravetz, Optical and magneto-optical spectra of magnetic granular alloys. // Shipil. Physica A., 241 (1997)45.

9. E. Gan'shina, R. Kumaritova, A. Bogoroditsky, M. Kuzmichov, S. J. Ohnuma. Optical and magneto-optical spectra of insulating granular system Co-Al-O. // Magn. Soc. Japan, 23 (1999)379.

10. V. G. Kravets, A. K. Petford-Long, and A. F. Kravets // J. Appl. Phys. 87 (2000)1762.

11. Е.А.Ганьшина, М.В.Вашук, А.А.Виноградов, А.Б.Грановский, В.С.Гущин, П.Н.Щербак, Ю.Е.Калинин, А.В.Ситников, Chong-Oh Kim, Ceol Gi Kim, Эволюция оптических и магнитооптических свойств нанокомпозитов аморфный металл-диэлектрик. //ЖЭТФ, 125 (2004) 1172.

12. J.C.Jacquet, T.Valet, in Magnetic Ultrathin Films, Multilayers and Surfaces, MRS Symposium Proceedings, 384 (1995) 477.

13. S. Uran, M. Grimsditch, Eric E. Fullerton, S. D. Bader, Infrared spectra of giant magnetoresistance Fe/Cr/Fe trilayer. // Physical Review, 57 (1998) 2705.

14. John P. Camplin, Sarah M. Thompson, Ouncan R. Loraine, David I. Pugh, Contact-less measurement of giant magnetoresistance in thin films by infrared reflection. // J. Appl. Phys., 87 (2000) 4846.

15. M. Gestor, A. Schlapka, R. A. Pickford, and S. M. Thompson, Contactless measurement of giant magnetoresistance in CoAg granular films using infrared transmission spectroscopy. // J. Appl. Phys., 85 (1999) 5045.

16. И.В. Быков, E.A. Ганынина, А.Б. Грановский, B.C. Гущин, Магниторефрак-тивный эффект в гранулированных пленках с туннельным магнитосопротив-лением. // ФТТ, 42 (2000) 487.

17. D. Bozec, V.G. Kravets, J.A.D. Matthew, S.M. Thompson, Infrared reflectance and magnetorefractive effects in metal-insulator CoFe-AhCb granular films. // J.Appl. Phys., 91 (2002) 8795.

18. A.Granovsky, M. Kuzmichov, J.P. Clerc. The symmetrised Maxwell-Garnett approximation for magneto-optical spectra of ferromagnetic composites. // J. Magn. Soc. Japan, 23(1999)382.

19. А.Б.Грановский, М.В.Кузьмичев, Ж.П.Клерк, Особенности оптических и магнитооптических свойств гранулированных сплавов с ГМС в ИК-области спектра. //ЖЭТФ, 116 (1999) 1762.

20. А.Б.Грановский, И.В.Быков, Е.А.Ганьшина, В.С.Гущин, М.Инуе, Ю.Е.Калинин, А.А.Козлов, А.Н.Юрасов, Магниторефрактивный эффект в магнитных нанокомпозитах. //ЖЭТФ, 123 (2003) 1256.

21. В. Г. Кравец, А.Н. Погорелый, А.Ф. Кравец, АЛ. Вовк, Ю.И. Джежеря, Магниторефрактивный эффект в гранулированных пленках. // ФТТ, 45 (2004) 1456.

22. E.A.Gan'shina, V.S.Guschin, S.A. Kirov, Magneto-optical properties and electronic structure of Fe-Co-Si-B alloys. // JMMM, 157/158 (1996) 243.

23. Аморфные металлические сплавы / Под ред. Ф.Е.Люборского.-М.: Металлургия, 1987.-584 с.

24. Е.А.Ганьшина, В.С.Гущин, С.А. Киров, Магнитооптические свойства и электронная структура сплавов системы Fe-Co-Si-B. // ФММ, 81 (1996) 70.

25. Ю. И. Петров. Физика малых частиц. М.: Наука, 1982.

26. И.В.Золотухин, Ю.Е.Калинин, О.В.Стогней, Новые направления физического материаловедения, Воронежский ГУ, 2000.

27. M.N.Baibich, J.M.Broto, A.Fert, F. Nguyen Van Dau, F.Petroff, P.Etienne, G.Creuzet, A.Frederich, J.Chazelas // Phys. Rev. Lett., 61 (1988) 2472.

28. S.S.P.Parkin, N.More, K.P.Roche // Phys. Rev. Lett., 64 (1990) 2304.

29. W.R.Bennet, W.Schwaracher, W.F.Egelhoff// Phys. Rev. Lett., 65 (1990) 3169.

30. T.Katayama, Y.Suzuki, M.Hayashi, A.Thiaville // JMMM, 126 (1993) 527.

31. E. Gan'shina, A. Granovsky, B. Dieny, P. Kumaritova, A.Yurasov « Magnetoopti-cal spectra of discontinuous multilayers Co/Si02 with tunnel magnetoresistance» Physica В 299 (2001) 260

32. M.Tondra, J.M.Daughton, C.Nordman, D.Wang, J.Taylor // J.Appl. Phys., 87 (2000) 4679.

33. M. Bauer, R. Lopusnik, J. Fassbender, B. Hillebrands, J. Bangert and J. Wecker. J.Appl.Phys., 91 (2002) 543.

34. M.Tondra, D.Wang, J. Daughton. J. Vacuum Sei. Technol., 5 (1999).

35. I.D. Lobov, V.M. Maevskii, L.V. Nomerovannaya, M.M. Kirillova, A.A. Makhnev, F.A. Pudonin, Phys. Met. And Metallography, 91 (2001)S33.

36. В.Е.Буравцова, Е.А.Ганышша, В.С.Гущин, С.И.Касаткин, А.М.Муравьев, Н.В.Плотникова, Ф.А.Пудонин, Магнитные и магнитооптические свойства многослойных наноструктур ферромагнетик-полупроводник. // ФТТ, 46 (2004) 864.

37. Н. Gleiter In: Deformation of Polycrystalg: Proc. of 2nd RISO Symposium on Metallurgy and Materials Science (Eds.N. Hansen, T. Leffers, H. Lithold). Roskilde, RISO Nat. Lab., (1981) 15.

38. R.Birringer, H.Gleiter, H.-P.Klein, P. Marquard//Phys. Lett. B, 102 (1984) 365.

39. О.В.Стогней, Докторская диссертация, Воронежский государственный университет (2004).

40. V.M.Shalaev, A.K.Sarychev // Phys.Rev. В., 57 (1998) 13265.

41. T.V. Murzina, T.V. Misuryaev, А.F. Kravets, J. Gudde, D. Schuhmacher, G. Marowsky, A.A. Nikulin, O.A. Aktsipetrov // Surf. Sei., 1101 (2001) 482.

42. P. А.Андриевский, A. M. Глезер // Физ. мет. и металловедение, 88 (1999) 50; 89(2000)191.

43. Р. А. Андриевский // Перспективные материалы, №6 (2001) 5.

44. А. В. Ведяев, А. Б. Грановский // Природа. 8 (1995) 72.

45. R.W. Tokarski, J. P. Marton // J. Vac. Sei, And Technol, 12 (1975) 643.

46. Harris, R.T. McGinnes, B.M. Sigel // J. Opt. Soc. Amer, 38 (1948) 582.

47. E.K. Plyer, J.J. Ball // J. Opt. Soc. Amer, 38 (1948) 988.

48. L. Harris, J.K. Beasley//J. Opt. Soc. Amer, 42 (1952) 134.

49. B.H. Синцов // Журнал прикладной спектроскопии, 4 (1966) 503.

50. Е. Ando. Jar // J. Appl. Phys, 11 (1972) 986.

51. D.R. McKenzie // J. Opt. Soc. Amer, 66 (1976) 249.

52. P. Strimer, X. Gerbaux // Infrared. Phys, 21 (1981) 37.

53. R.E. Anderson, J.R. Crawford // Appl. Opt, 20 (1981) 2041.

54. E.K. Sichel, J.I. Gittleman, J. Zelez // Appl. Phys. Lett, 31 (1977) 109.

55. E.K. Sichel, J.I. Gittleman // Appl. Phys. Lett, 33 (1978) 564.

56. JI.B. Луцев, Спиновые возбуждения в гранулированных структурах с ферромагнитными наночастицами. // ФТТ, 44 (2002) 97.

57. Н.Е.Казанцева, А.Т.Пономаренко, В.Г.Шевченко, И.А.Чмутин, Ю.Е.Калинин, А.В.Ситников, Свойства и перспективы применения гранулированных ферромагнетиков в области СВЧ. // Физика и химия обработки материалов, №1 (2002) 5.

58. K.O'grady, H.Laidler, The limits to magnetic recording media considerations. // JMMM, 200 (1999) 616.

59. R.L.White, The physical boundaries to high-density magnetic recording. // 209 (2000) 1.

60. J.A.Christodoulides, M.J.Bonder, Y.Huang, Intrinsic and Hesteresis properties of FePt nanoparticles. // Phys. Re v. В., 68 (2Q03) 054428(5).

61. Б.А.Аронзон, A. E. Варфоломеев, A.A. Ликальтер, B.B. Рыльков, M.B. Седова, Проводимость, магнитосопротивление и эффект Холла в гранулированных пленках Fe-Si02. // ФТТ, 41 (1999) 944.

62. А.Н.Виноградов, Е.А Ганыиина, В.С.Гущин, С.Н.Козлов, Г.Н.Демидович, Магнитооптические и магнитные свойства нанокомпозитов гранулироанный кобальт-пористый кремний. // Письма в ЖТФ 89 (2001) 1384.

63. И.В.Быков, Е.А. Ганьшина, А.Б.Грановский, B.C. Гущин, А.А. Козлов, Т. Ма-сумото, С. Онума, Магниторефрактивный эффект в гранулированных сплавах с туннельным магнитосопротивлением,~ФТТ 47, 2, (2005)

64. А.Б. Ханикаев, А.Б. Грановский, Ж.-П. Клерк, Влияние распределение гранул по размерам и взаимодействия между гранулами по величине порога перко-ляции в гранулированных сплавах. // ФТТ, 44 (2002) 1537.

65. А. Е. Berkowitz, А. P. Young, et al., Giant magneto-resistance in geterogeneous Cu-Co alloys. // Phys. Rev., 68 (1992) 3745.

66. J. G. Xiao, J. S. Jiang. Chien C.L. Giant magneto-resistance in nonmultilayer magnetic systems. // Phys. Rev, 68 (1992) 3749.

67. А. В. Ведяев, А. Б. Грановский. // Природа. 8 (1995) 72.

68. A. Miller, A. Gerber., Spin-dependent electronic transport in granular ferromag-nets. // Phys. Rev. Lett. 76 (1996) 475.

69. A.B. Pakhomov and X.Yan, Resistivity and Hall resistivity in percolating (NiFe)-Si02 films. // Sol. State Commun. 99 (1996) 139.

70. A. Granovsky, F. Brouers, A. Kalitsov. M. Chiev // J. Magn. Magn. Mat. 166 (1997) 193.

71. A.B. Ведяев, А.Б. Грановский, A.B. Калицев, Ф. Брауерс. // ЖЭТФ. 112 (1997) 2198.

72. R.W. Tokarski, J. P. Marton // J. Vac. Sei. And Technol. 12 (1975) 643.

73. C.L. Chien, Giant magneto-transport phenomena in granular magnetic systems // Mater. Sei. & Eng., 31 (1995) 127.

74. G.Xiao, Q.Wang, P. Xiong, Giant magnetoresistance and Anomalous Hall Effect in Co-Ag and Fe-Cu, Ag, Au, Pt granular alloys. // IEEE Trans. Magn., 29 (1993) 2694.

75. C. Xu, Z.-Y. Li, The field dependence of giant magnetoresistance of AuFe alloys at low temperature. // JMMM, 206 (1999) 113.

76. H. Sato, Field dependence of transport properties correlated with the giant magnetoresistance. // Mater.Sci. & Eng., 31 (1995) 101.

77. J.L. Gittleman, Y. Goldstein, S. Bozowski, Magnetic properties of granular nikel films. // Phys. Rev. В., 5 (1972) 3609.

78. J.S. Helman, B. Abeles, Tunneling of spin-polarized electrons and magnetoresistance in granular Ni films. //Phys. Rev. Lett., 37 (1976) 1429.

79. S. Barzilai, Y. Goldstein, I. Balberg, J.S. Helman, Magnetic and transport properties of granular cobalt films. // Phys. Rev. B., 23 (1981) 1809.

80. H. Fujimori, S. Mitani, S. Ohnuma, Tunnel-type GMR in metal-nonmetal granular alloy thin films. // Mater. ScL Eng. B., 31 (1995) 219.

81. T. Furubayashi, I. Nakatani, Giant magnetoresistance in granular Fe-MgF2 films. // J.Appl.Phys., 79 (1996) 6258.

82. Y. Hayakawa, N. Hasegawa, A. Makino, S. Mitani, H. Fujimori, Microstructure and magnetoresistance of Fe-Hf-0 films with high electrical resistivity. // J. Magn. Magn. Mater., 154 (1996) 175.

83. A. Milner, A. Gerber, B. Groisman, M. Karpovsky, A. Gladkikh, Spin-dependent electronic transport in granular ferromagnets. // Phys. Rev. Lett., 76 (1996) 475.

84. S. Honda, T. Okada, M. Nawate, Tunneling giant magnetoresistance in Fe-SiC>2 multilayered and alloyed films. // JMMM,165 (1997) 153.

85. S. Honda, T. Okada, M. Nawate, M. Tokumoto, Tunneling giant magnetoresistance in heterogeneous Fe-Si02 granular films. // Phys. Rev.B., 56 (1997) 14566.

86. B. Zhao, X. Yan // Physica A 241 (1997) 367.

87. S. Mitani, H. Fujimori, S. Ohnuma, Spin-dependent tunneling phenomena in insulating granular systems. // J. Magn. Magn. Mater, 165 (1997) 141.

88. H. Fujimori, S. Mitani, S. Ohnuma // J. Magn. Magn. Mater, 156 (1996) 31.1.

89. T. Watabe, H. Kubota, T. Miyazaki // J. Magn. Soc. Japan, 21 (1997) 457.

90. N. Kobayashi, S. Ohnuma, T. Masumoto, S. Mitani, H. Fujimori // J. Magn. Soc. Japan, 21 (1997) 461.

91. S. Mitani, Y. Shintani, S. Ohnuma, H. Fujimori // J. Magn. Soc. Japan 21 (1997) 465.

92. Y.H.Huang, J.H. Hsu, J.W. Chen, C.R. Chang, Granular Fe-Pb-0 films with large tunneling magnetoresistance. // Appl. Phys. Lett., 72 (1998) 2171.

93. K. Inomata, H. Ogiwara, Y. Saito, K. Yusu, K. Ichihara // Jpn. J. Appl. Phys., 36 (1997) L1380.

94. N. Kobayashi, S. Ohnuma, S. Murakami, T. Masumoto, S Mitani, H. Fujimori // J. Magn. Magn. Mater, 188 (1998).

95. Yu.E.Kalinin, A.V.Sitnikov, O.V.Stognei, I.V.Zolotukhin, P.V.Neretin, Electrical properties and giant magnetoresistance of the CoFeB-SiC amorphous granular composites. // Material Science and Engineering, 304-306 (2001) 941.

96. S.Sankar, A.E.Berkowitz, D.J.Smith. Spin-dependent transport of Co-SiC>2 granular films approaching percolation//Phys.Rev.B., 62 (2000) 14273.

97. Mitani S., Fujimori H., Ohnuma S. // Magn. Magn. Mater. 1998. Vol. 177. P. 919920.

98. B. Dieny, Spin-dependent tunneling in discontinuous metal/insulator multilayers // J. Magn. Magn. Mater, 185 (1998) 283.

99. M. Julliere, Tunneling between ferromagnetic films // Phys.Lett., 541 (975) 225.

100. J.S.Moodera, L.R.Kinder, T.M.Wong, R. Meserve'y, Large magnetoresistance at room temperature in ferromagnetic thin fijois tunnel junction. // Phys.Rev.Lett., 74 (1995) 3273.

101. J.C. Slonczewski, Conductance and exchange coupling of two ferromagnets separated by tunneling barrier. // Physical Review B., 39 (1989) 6995.

102. M.Pomerantz, J.C.Slonczewski, E. Spiller. Strongly coupled ferromagnetic resonances of Fe films. // J.Appl.Phys., 61 (1987) 3747.

103. S. Mitani, S. Takahashi, K. Takanashi, K. Yakushiji, S. Maekawa, H. Fujimori, Enhanced magnetoresistance in insulating granular systems: evidence for higherorder tunneling. // Phys. Rev. Lett., 81 (1998) 2799.

104. S. Takahashi, S. Maekawa, Effect Coulomb blockade on magnetoresistance in ferromagnetic tunnel junctions. // Phys. Rev. Lett., 80 (1998) 1758.

105. T.Miyazak, N.Tezuka, Giant magnetic tunneling effect in Fe/AbOs/Fe junction // JMMM, 139 (1995) L231.

106. Y.Lu, X.W.Li, G.Xiao, Bias voltage and temperature dependence of magnetotun-neling effect. // J.Appl.phys., 83 (1998) 6919.

107. Yu.E.Kalinin, O. V.Stognei, A. V.Sitnikov, I. Zolotukhin, Eleectrical properties ana giant magnetoresistance of the CoFeB-Si02 amorphous granular composite // Conf. RQIO, Abstract. A-077 (1999) 37.

108. Yu.E.Kalinin, A.V.Sitnikov, O.V.Stognei, P.V.Neretin // II Int. Sci. Conf. IW-FAC'99. Abstr. P. 132 (1999) 205.

109. C.Laurent, D.Mauri, E.Kay and S.S.Parkin, Magnetic properties of granular Co-polimer films. // J.Appl.Phys., 65 (1989) 3017.

110. A.F.Rydman, T.L.Kirk, R.C.Dynes, Superparamagnetism in discontinuous Ni films // Solid State Communications. 1 14 (2000) 481.

111. W.F. Brown, Thermal fluctuations of a single-domain particle. // Phys. Rev., 130 (1963) 1677.

112. R.H. Kodama, Magnetic nanoparticles. // JMMM, 200 (1999) 359.

113. J.L.Dormann, L.Bessais, D. A. Fiorani, Dynamic study of small interacting particles: superparamagnetic model and spin-glass laws. // J.Phys.C: Solid State Phys., 21 (1988) 2015.

114. M.F.Hansen, S. Morup, Models for dynamics of interacting magnetic nanoparticles. // JMMM, 184 (1998) 262.

115. M.F.Hansen, P.E.Jonsson, P.Nordblad and P.Svedlindh, Critical dynamics of an interacting magnetic nanoparticle system. // J. Phys.: Condens. Matter., 14 (2000) 49010.

116. M.El-Hilo, K. O'Grady, R.W. Chantrell Susceptibility phenomena in a fine particle system //JMMM, 1 14 (1992) 295.

117. A.Gavrin, C.L. Chien, Fabrication and magnetic properties of granular alloys. // J.Appl.Phys., 67 (1990) 938.

118. J.C.Slonczewski, Conductance and exchange coupling of two ferromagnets separated by tunneling barrier // Phys.Rev. B., 39 (1989) 6995.

119. P. Sheng, B.Abeles, Y.Arie, Hopping conductivity in granular Metals. // Phys. Rev. Lett., 31 (1974) 44.

120. Ю.Е.Калинин, П.В.Неретин, Н.П.Самцова, A.B.Ситников, Электрические свойства аморфных композиционных пленок. // Техника машиностроения, 17 (1998) 121.

121. Н. Fujimori, S. Mitani, S. Ohnuma, Tunnel-type GMR in metal-nonmetal granular alloy thin films // Mater. Sci. Eng. В., 31 (1995) 219.1250. V. Stognei // II Soft Magn. Mater. Int. Sci. Conf. 1999. Abstr, P.1/4A P. 163.

122. Y. Hayakawa, N. Hasegawa, A. Makino et al, Microstructure and magnetoresistance of Fe-Hf-0 films with high electrical resistivity // JMMM., 154 (1996) 175.

123. Yu.E.Kalinin, A.V.Sitnikov, O.V.Stognei, LV.Zolotukhin // II Matter. Sci. Eng. 2000.1280.В.Стогней, Релаксационные явления в твердых телах: Тез. Межд. конф XX Relax. Воронеж, (1999) 313.

124. С.В. Вонсовский, Магнетизм, М.: Наука, 1971.

125. C.L.Chien, Granular magnetic solids. //JAppl.Phys., 69 (1991) 5267. 131.S.Sankar, D.Dender, J.A.Borchers, Magnetic correlations in non-percolated Co

126. Si02 granular films. // JMMM, 221 (2000) 1. 132.K.Yakushiji, S.Mitani, K.Takanashi, Composition dependence of particle size distribution and giant magnetoresistance in Co-Al-0 granular films. // JMMM, 212 (2000) 75.

127. S. Mitani, S. Takahashi, K. Takanaski, K. Yakushiji, S. Maekawa, H. Fujimori // Phys. Rev. Lett., 81 (1998) 2799.

128. A.Ya. Vovk, IQ. Wang, A.M. Pogoriliy, O.V. Shypil, A.F. Kravets // J. Magn. Magn. Mater, 242-245 (2002) 476.

129. A.Ya. Vovk, IQ. Wang, W Zhou, I He, A.M. Pogoriliy, O.V. Shypil, A.F. Kravets, H.R. Khan // J. Appl. Phys., 91 (2002) 10017.

130. G.A. Niklasson, C.G. Granqvist, Optical properties and solar selectivity of coevaporated C0-AI2O3 composite films. //J. Appl. Phys., 55 (1984) 3382.

131. Холлэнд Jl. Нанесение тонких пленок в вакууме. M-JL: Государственное энергетическое издательство, 1963. - 378 с.

132. Физика тонких пленок / Под ред. Хасса Г., Франкомба М., Гофмана Р. М.: Мир.-Т. 8.-1978.-360с.1393.Ю.Готра, Технология микроэлектронных устройств. М.: Радио и связь. 1991.-527с.

133. Б.С.Данилин, В.К. Сырчин, Магнетронные и распылительные системы. М.: Радио и связь. 198б.-176с.

134. Ю.Е.Калинин, А.Т.Пономаренко, А.В.Ситников, О.В. Стогней, Гранулированные нанокомпозиты металл-диэлектрик с аморфной структурой. // Физика и химия обработки материалов, №5 (2001) 14.

135. Г.С.Кринчик, Физика магнитных явлсций, М. 1985.

136. Г.С.Кринчик, B.C. Гущин, Магнитооптический эффект изменения электронной структуры ферромагнитного металла при повороте вектора намагниченности. // Письма в ЖЭТФ, 10 (1969).

137. Г.С.Кринчик, Е.А.Ганьшина, В.С.Гущин, Ориентационный магнитооптический эффект в монокристаллах никеля и кремнистого железа. // ЖЭТФ, 60 (1971) 209.

138. H.R.Hulme, The Faraday effect in ferromagnetics. Proc. Roy. Soc., 135 (1932) 237.

139. B.R. Cooper, Theory of interband ferromagnetic Kerr effect in nickel. Phys. Rev., 139 (1965) 1504. Ю.А. Успенский, C.B. Халилов, Электронное строение и магнитооптика ферромагнитных 3¿/-металлов. // ЖЭТФ, 95 (1989) 1022.

140. Г.С.Кринчик, Г.М.Нурмухамедов, Экспериментальное исследование электронной структуры никеля магнитооптическим методом .//ЖЭТФ, 47 (1965)76.

141. Г.С.Кринчик, Л.В.Никитин // ФТТ, 20 (1978) №8.

142. E.A.Gan'shina, A.B.Granovsky, V.S.Guschin, Influence of the size and shape of magnetic particles on magneto-optical properties of (Co7oFe3o)xAgi.x granular alloys. // J. Magn. Magn. Mater, 165 (1997X320.

143. А.Н.Виноградов, Е.А. Ганынина, Гущин B.C., С.Н.Козлов, Г.Н.Демидович, Магнитооптические и магнитные свойства нанокомпозитов гранулированный кобальт-пористый кремний. // Письма в ЖТФ, 89 (2001) 1384.

144. E.A.Gan'shina, A.B.Granovsky, В. Dieny et al. Physica В, 299 (2001) 260.

145. Shufeng Zhang and Peter M. Levy, Conductivity and magnetoresistance inmagnetic granular films. // J. Appl. Phys., 73 (1993) 5315.

146. А.Б.Грановский, М.Инуе, Ж.П.Клерк, A.H. Юрасов, Магниторефрактивный эффект в нанокомпозитах: зависимость от угла падения и поляризации света. // ФТТ, 46 (2004) 484.

147. J. С. M. Garnett. Philos. Trans. R. Soc. London 203 (1904) 385.

148. H.R. Khan, A. Granovsky, F. Brouers, E. Ganshina, J.P. Clerc, M. Kuzmichev, // JMMM, 183 (1997) 127.

149. P. Sheng // Phys. Rev. Lett. 45 (1980) 60.

150. К.Борен, Д.Хармен, Поглощение и рассеяние света малыми частицами, Мир, М., 1986.

151. А.С.Валеев, Определение оптических постоянных тонких слабопоглощаю-щих слоев. // Оптика и спектроскопия, 15 (1963) 500.

152. Г.В.Пантелеев, М.Г.Черенков, В.И.Ямпольский, В.И.Егоров, Методика определения дисперсии показателя преломления пленочных покрытий из спектров пропускания. // Оптика и спектроскопия, 53 (1982) 331.

153. М.Борн, Э.Вольф, Основы оптики, Наука, М., (1973) 581.

154. В.А.Кизель, Отражение света, Наука, т., 1973.

155. П.Х. Бернинг, Теория и методы расчета оптических свойств тонких пленок сборник Физика тонких пленок., под ред. Г.Хасса, Мир. 1 (1967) 91.

156. В.М.Маевский, Теория магнетооптических эффектов в многослойных системах с произвольной ориентацией намагниченности. // ФММ, 59 (1985) 215.

157. S. Ohnuma, K.Hono, E.Abe, H.Onodera, S.Mitani, H.Fujimori, Microstructure of Co-Al-0 granular thin film. // J.Appl.Phys., 82 (1997) 5646.

158. N. Kobayashi, S. Ohnuma, T. Masumoto, H. Fujimori, (Fe-Co)-(Mg-fluoride) insulating nanogranular system with enhanced tunnel-type giant magnetoresi stance. // J. Appl.Phys., 90 (2001)4159.

159. N. Kobayashi, S. Ohnuma, T. Masumoto, H. Fujimori // J. Magn.Soc.Japan 23 (1999)76.

160. Г.С.Кринчик, В.С.Гущин, Исследование межзонных переходов в ферромагнитных металлах и сплавах магнитооптическим методом. // ЖЭТФ, 56 (1969) 1833.

161. Е.А.Ганынина, В.С.Гущин, С.А.Киров, И.А.Петруненко, Г.П.Самарцева, В.А.Сеин, Магнитные, оптические и магнитооптические свойства и электронная структура магнитожестких сплавов на основе Fe-Cr-Co. // ФММ, 7 (1991) 114.

162. Палатник JI.C., Сорокин В.К. Материаловедение в микроэлектронике. М.: Энергия, 1978. 365 с.

163. P. Bruesch, R. Kotz, Н. Neff, L. Pietronero. Vibrational properties of AI2O3 films on gold, aluminum, and silicon // Phys. Rev. B. 29 (1984) 4691.

164. Н.Ф.Кубраков, А.К.Звездин, К.А.Звездин, В.А.Котов, ЖЭТФ 114, 1101 (1998).

165. G.M. Genkin, Phys. Lett., A 241,293 (1998).

166. А.Грановский, В.Гущин, И.Быков, Н.Кобаяши, А.Козлов, С. Онума, Т. Ма-сумото, М. Инуе, Гигантский магниторефрактивный эффект в магнитных гранулированных сплавах CoFe -MgF. // ФТТ, 45 (2003) 867.

167. М. Buttiker, R.Landauer, Phys.Rev.Lett. 49, 1739 (1982).

168. M.Schubert, T.E.Tiwald, C.M.Herzinger, Infrared dielectric anisotropy and pho-non modes of sapphire // Physical Review B, 61 (2000) 8187.

169. W.Bensch, W.Bergholz, An FT-IR study of silicon dioxides for VLSI microelectronics // Semicond. Sci. Technol., 5 (1990) 421.

170. T.Maruyama, S.Ohtani, Photoluminescence of porous silicon exposed to ambient air//Appl.Phys.Lett., 65 (1994) 1346.

171. Список работ по теме диссертации.

172. В. Гущин, А.Козлов, А. Лихтер, Угловая и полевая зависимость магниторефрак-тивного эффекта в гранулированных пленках с туннельным магнитосопротивле-нием. Итоговая научная конференция АГПУ. Тезисы докладов.- Астрахань: Изд-во АГПУ, (2001) 38.

173. В. Гущин, А.Козлов, А. Лихтер, И. Быков, Angular and field dependence of magne-torefractive effect in thin films with giant magnetoresistance. Third international scientific workshop materials for electrical engineering MmdE-2001, Romania, (2001) 45.

174. И. Быков, E. Ганьшина, А. Грановский; В. Гущин, А.Козлов, А. Юрасов, А.Богородский, О.Стогней, Ю.Калинин, Optical and magnetooptical spectra of (CoFeZr)SiO films with tunnel magnetoresistance. 15-th JMM conference (Spain, Bilbao), A-3 8. (2001).

175. В.С.Гущин, А.Б.Грановский, Е.А.Ганыиина, И.В. Быков, А.Козлов, Инфракрасные оптика и магнитооптика гранулированных магнитных пленок сгигантским магнитосопротивлением "Magnetic Materials", Irkutsk, September 21 September 24, (2001)31.

176. А.Грановский, В.Гущин, И.Быков, Н.Кобаяши, А.Козлов, С. Онума, Т. Масумото, М. Инуе, Гигантский магниторефрактивный эффект в магнитных гранулированных сплавах CoFe -MgF. // ФТТ, 45 (2003) 867.

177. А.Грановский, В.Гущин, И. Быков, Н.Кобаяши, А.Козлов, С. Онума, Т. Масумото, М. Инуе, Magnetorefractive effect in nanogranular films (CoFe) -(Mg-F), Intermag 2003.

178. А.Грановский, И.Быков, Е.Ганыиина, В.Гущин, М.Инуе, Ю. Калинин, А.Козлов, А. Юрасов, Магниторефрактивный эффект в магнитных нанокомпозитах. // ЖЭТФ, 123 (2003) 1256.

179. А.Грановский, И. Быков, Е. Ганынина, В. Гущин, Н. Кобаяши, С. Онума, А.М.Лихтер, Optical and magneto-optical properties in nanogranular film (FeCo)

180. Mg-Fluoride) // Book of abstracts «The XVIII International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces» Madrid, Spain 22-25 July, (2003) 187.

181. I.V.Bykov, E.A.Gan'shina, А.В.Granovsky., V.S.Guschin, A.A.Kozlov, A.M.Likhter, S.Ohnuma, Magnetorefractive effect in magnetic nanocomposites, Book of abstracts « Eastmag 2004» Krasnoyarsk, Russia, 2004. C. 335.

182. И.В.Быков, E.A. Ганьшина, А.Б.Грановский, B.C. Гущин, A.A. Козлов, Т. Macy-мото, С. Онума, Магниторефрактивный эффект в гранулированных сплавах с туннельным магнитосопротивлением, ФТТ47, 2, (2005). С. 268-273.

183. А.Б.Грановский, А.А. Козлов, Magnetorefractive effect in magnetic nanocomposite // Symposium and Summer school «Nano and Giga Challenges in microelrctronics», Краков, Польша, 2004. С. 104.

184. Считаю приятным долгом поблагодарить Ю.Е.Калинина, С.Онуму и А.В.Ситникова за любезно предоставленные образцы нанокомпозитов, результаты измерений которых легли в основу диссертационной работы.