РОЗДІЛ 2
ЕЛЕКТРОМАГНІТООПТИЧНІ ЕФЕКТИ НА БАГАТОДОМЕННИХ ДІЛЯНКАХ ЕПІТАКСІЙНИХ ПЛІВОК
ФЕРИТ-ГРАНАТІВ
В розділі наведено опис розвинутих експериментальних методик по дослідженню МЕ
ефектів оптичними методами, розглянуто схему розробленої експериментальної
установки для досліджень ЕМО ефектів в ЕПФГ (§ 2.1), показано переваги даної
методики у порівнянні з традиційними методами досліджень МЕЕ. Представлено ряд
отриманих магнітопольових залежностей величини ЕМОЕ в повздовжньому (Н || k) та
в поперечному (Н ^ k) магнітних полях при зондуванні лазерним променем
багатодоменних ділянок ЕПФГ (§ 2.2). Представлено результати досліджень
магнітопольових залежностей ЕМОЕ при підведенні до зразка одночасно змінної та
постійної електричної напруги (§ 2.3). Розглянуто макроскопічну модель ЕМО
ефекту для ЕПФГ (§ 2.4). Розглянуто вплив зовнішніх механічних напружень, що
прикладено до зразка, на характер та величину ЕМОЕ в ЕПФГ (§ 2.5), викладено
причини, що призводять до ефекту лінеаризації квадратичних за електричним полем
ЕМО ефектів в ЕПФГ під дією зовнішніх механічних напружень та постійного
електричного поля.
2.1 Методика експериментальних досліджень магнітооптичних явищ, обумовлених
магнітоелектричним ефектом, схема експериментальної установки.
Як відомо, прикладання електричного поля до будь-якого кристала з
магнітовпорядкованою структурою може призвести до зміни його магнітного стану
внаслідок дії МЕЕ, який вперше експериментально спостерігав Астров в кристалах
Cr2O3, а пізніше, ефект досліджувався в багатьох інших матеріалах, в числі яких
і феритові гранати [85, 86, 87, 88, 89].
Традиційно дослідження МЕЕ проводились, головним чином, в НЧ або
радіочастотному діапазонах з використанням індукційних або ємнісних методик,
шляхом вимірювання електричної поляризації або магнітного моменту
досліджуваного зразка при дії на нього відповідно магнітного або електричного
поля. Але, інтегральні вимірювання, що проводились ємнісними та індукційними
методами не дозволяють проводити дослідження магнітоелектричних характеристик
окремих доменів та областей, які містять в собі ДС, бо вимірюваний сигнал є
усередненим по великій кількості доменів і ДС. Окрім цього, практично неможливо
проводити дослідження МЕЕ в тонких магнітних плівках (що є головною метою
представленої роботи) вказаними методами, бо для цього потрібні великі об’єми
досліджуваного матеріалу (до 10 мм3).
Позбавитись вказаних труднощів дозволяють методи прецезійної оптичної
поляриметрії [40, 90], які мають ряд суттєвих переваг у порівнянні з вище
вказаними методами. До основних переваг можна віднести наступне:
- висока чутливість лазерних поляриметрів (чутливість вимірювань змінних
обертань площини поляризації може досягати 0,005 кутових секунди [143],
постійних – біля 20 секунд);
- відсутність індукційних та гальванічних зв’язків між досліджуваними зразками
та вимірювальними приладами;
- можливість проводити дослідження окремих малих ділянок зразка, наприклад
магнітних доменів та ДС;
- можливість працювати з малими об’ємами речовини (до 10-6 мм3) , наприклад, з
ЕПФГ;
- можливість вивчати як об’ємний, так і поверхневий МЕ ефекти, та ряд інших
переваг.
Вказана методика основана на реєстрації кутів повороту площини поляризації
світла в зовнішніх електричному та магнітному полях – так званий ЕМО ефект.
Експериментальна установка, яка дозволяє вимірювати повороти площини
поляризації світла, що пройшло через плівку магнітовпорядкованого матеріалу,
була зібрана за схемою балансного лазерного поляриметра з внесенням в схему
ряду конструктивних доповнень та доробок. До традиційного в таких схемах для
спостереження магнітооптичного ЕФ в повздовжньому постійному магнітному полі,
до зразка додатково прикладалось змінне електричне поле Е~, робилось це з
використанням скляних пластин, на внутрішні поверхні яких було нанесено прозорі
струмопровідні електроди, до яких підводилась електрична напруга. Між
пластинами розміщувався досліджуваний зразок ЕПФГ. Для розрахунку повороту
площини поляризації світла aЕМО , як наслідок впливу на плівку змінного
електричного поля (в подальшому в тексті - ЕМО ефект), використовувались
результати виміряних експериментально значень амплітуди першої та другої
гармонік електричного сигналу (a WЕМО та a2WЕМО відповідно). Установка також
надавала можливість досліджувати вплив на ЕМОЕ постійного електричного поля Е-.
Вимірювання проводились з використанням гелій-неонового лазера ЛГН-222
потужністю випромінювання до 80 мВт на довжині хвилі l = 0,63 мкм в двох
можливих геометріях експерименту: Н ъъ Е чч n ъъ k, та Н ^ Е чч n ъъ k, де Н і
Е - напруженості магнітного і електричного полів, k - хвильовий вектор світла,
n – вектор нормалі до поверхні плівки. Параметри змінного електричного поля
були наступними: частота до 2 кГц, амплітуда до 2,2 кВ. До зразків могла
прикладатись постійна напруга U1 (до 1,6 кВ). Чутливість вимірювань змінних
(модульованих) поворотів площини поляризації світла складала до 0.05 кутових
секунд, при точності біля 40%, а постійних – біля 30 секунд. На рис. 2.1
схематично показано геометрію розміщення досліджуваного зразка між електродами
для проведення ЕМО досліджень.
Використання в експериментальній установці одночасно двох селективних
підсилювачів, один з яких було настроєно на основну (W), а другий – на подвійну
(2W) частоту змінного електричного поля, дало змогу проводити вимірювання
поворотів площини поляризації світла одночасно на частотах W та 2W електричного
поля, а не роздільно, як це робилось в подібних роботах по дослідженню ЕМОЕ.
Це розширює можливос
- Київ+380960830922