<p>РАЗДЕЛ 2<br /> МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА<br />Для исследований магнитных свойств тонких многослойных пленок, имеющих<br />небольшой объем вещества, традиционные магнитометрические методы могут быть<br />недостаточно чувствительны. Поэтому наиболее распространенными способами<br />изучения таких объектов являются высокочувствительные методы:<br />СКВИД-магнитометрия и магнитооптический эффект Керра. Использование<br />СКВИД-магнитометра позволяет получить информацию о намагниченности всего объема<br />образца. С другой стороны, применение магнитооптического эффекта Керра дает<br />возможность исследовать переориентацию спинов в поверхностных слоях пленки. Оба<br />эти метода дополняют друг друга, а сравнение результатов, полученных с их<br />помощью, часто позволяет выделить влияние поверхности на магнитное состояние и<br />процесс намагничивания. <br />Большинство экспериментальных данных представленной работы получено с помощью<br />метода, основанного на применении магнитооптического эффекта Керра. В<br />зависимости от ориентации намагниченности пленки при таких исследованиях<br />используется различная геометрия эксперимента (рис. 2.1). Полярный эффект<br />позволяет получить информацию о компоненте намагниченности, перпендикулярной<br />плоскости пленки, а меридиональный и экваториальный - о компоненте,<br />ориентированной в плоскости пленки. Магнитные моменты в тонких многослойных<br />пленках ориентированы, как правило, в плоскости пленки. Поэтому для<br />исследования процессов переориентации спинов в работе применялся меридиональный<br />эффект Керра, который чувствителен к изменению компоненты намагниченности,<br />ориентированной в плоскости пленки и параллельной плоскости падения света. На<br />образец падала линейно поляризованная световая волна, колебания электрического<br />вектора которой происходили либо в плоскости падения (p-поляризация), либо<br />перпендикулярно этой плоскости (s-поляризация). Когда на- <br />Рис. 2.1. Магнитооптические эффекты Керра: полярный (а), меридиональный (б) и<br />экваториальный (в). k – волновой вектор, М – вектор намагниченности, Ep и Es -<br />p и s-поляризация световой волны, ц – угол падения света. <br />магничение отсутствует, это состояние остается неизменным при отражении. После<br />отражения от намагниченной поверхности свет становился эллиптически по- <br />ляризованным. Ось эллипса повернута относительно плоскости поляризации<br />падающего света. При проведении магнитооптических экспериментов определялась<br />зависимость угла этого поворота - керровского вращения - от внешнего поля или<br />температуры, что позволяло судить об изменении магнитного состояния пленки. <br />Остальные экспериментальные результаты были получены с использованием<br />магнитометрических измерений на коммерческом СКВИД-магнитометре MPMS-5 фирмы<br />“Quantum Design”. <br />2.1. Меридиональный эффект Керра.<br />Эффект Керра можно описать, исходя из уравнений Максвелла<br /> <br />(2.1) <br />D = E B = H (2.2) <br />и условий непрерывности тангенциальных составляющих электрического и магнитного<br />поля E и H и нормальных составляющих электрической и магнитной индукции D и B<br />на границе раздела сред. В области оптических частот тензор магнитной<br />проницаемости можно считать равным единичному тензору. Тензор диэлектрической<br />проницаемости описывает анизотропию проводящей гироэлектрической среды,<br />вызванную наличием эффективного магнитного поля Н/. Отраженную от такой среды<br />эллиптически поляризованную волну можно представить как суперпозицию двух<br />циркулярно-поляризованных волн. Направление вращения электрического вектора<br />одной из этих волн (правополяризованной) совпадает с направлением вращения<br />электронов проводимости c частотой wс = еН//mc (e- заряд, m- масса электрона,<br />c- скорость света). Частота этой волны w+ превышает частоту падающего света w<br />на величину wс. Частота другой волны (левополяризованной) w- = w - wс,<br />поскольку направление вращения ее электрического вектора противоположно<br />направлению вращения электронов. Вследствие частотной дисперсии рассматриваемые<br />циркулярные волны имеют разные проводимости и комплексные показатели<br />преломления. Соответственно, при рассмотрении структуры тензора авторы [98]<br />вводят понятие “правой” и “левой” проницаемостей e+(w+) и e-(w-): <br />e± = 1 - (i4pe2n)/[mw(g+iw±)] (2.3) <br />где g - частота релаксации, n - концентрация электронов проводимости. Если<br />обозначить (e++ e-)/2 = e1, (e+- e-)/(e+ + e-)= Q, то в оптически изотропной<br />среде при ориентации Н/ вдоль оси z тензор может быть представлен в виде: <br />(2.4) <br />где e1, e0, Q - комплексные величины. Здесь e0 – диэлектрическая проницаемость<br />при Н/ = 0. Выражение для e0 можно получить, подставив w вместо w± в равенство<br />(2.3). Малый параметр Q имеет название первого магнитооптического параметра. С<br />точностью до величин первого порядка по Q можно считать, что e1 = e0. В работе<br />[98] показано, что при wс<<w первый магнитооптический параметр прямо<br />пропорционален wс, а следовательно, и Н/ : <br /> <br />(2.5) <br />Таким образом, первый магнитооптический параметр ферромагнитного металла<br />пропорционален намагниченности М. <br />Зависимость керровского вращения от первого магнитооптического параметра при<br />меридиональном намагничении описана в работе [99]. Как известно, соотношения<br />между амплитудами и электрического вектора падающей волны и амплитудами и<br />волны, отраженной от намагниченной поверхности, можно записать в матричном<br />виде: <br />(2.6) <br />p и s обозначают направления электрического вектора, параллельное и<br />перпендикулярное плоскости падения, r - коэффициенты Френеля. Собственно<br />керровское вращение в случае s- и p-поляризованного падающего света выражается<br />через элементы матрицы отражения следующим образом: <br />(2.7)</p>
- Київ+380960830922