ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2007, том 71, № 11, с. 1583-1584
УДК 537.632
ЭВОЛЮЦИЯ МАГНИТООПТИЧЕСКИХ свойств НАНОКОМПОЗИТОВ (Co)x(LiNbO3)100 _x ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ДАВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА В ПРОЦЕССЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
© 2007 г. В. Е. Буравцова1, Е. А. Ганьшина1, О. С. Иванова1, Ю. Е. Калинин2, С. А. Киров1, С. Пхонгхирун1, А. В. Ситников2
E-mail: eagan@mail.ru
Представлены результаты исследования влияния атмосферы в распылительной камере и состояния подложки на магнитооптические свойства нанокомпозитов (Co)x(LiNbO3)100 - x. Показано, что присутствие кислорода значительно влияет как на вид спектра, так и на величину экваториального эффекта Керра (ЭЭК). Обнаружено, что окислительные процессы могут частично идти за счет разложения материала матрицы LiNbO3 при высоких температурах.
Магнитные нанокомпозиты - материалы, состоящие из наноразмерных магнитных металлических гранул, внедряемых в диэлектрическую матрицу, обладают не только интересными маг-нитотранспортными свойствами (гигантским маг-нитосопротивлением (ГМС) и аномальным эффектом Холла), но в них обнаружено также усиление линейных и нелинейных оптических и магнитооптических эффектов. Перспективы практического применения нанокомпозитов с усиленным магнитооптическим откликом и ГМС требуют оптимизации составов и технологии получения пленочных нанокомпозитов и изучения влияния микроструктуры на электрические, магнитные и оптические свойства.
Нанокомпозитные пленки (Со)х^№03)100 _ х толщиной до 6 мкм были получены на универсальной установке ионно-лучевого распыления, разработанной в Воронежском государственном техническом университете, которая позволяет одновременно распылять ферромагнитные металлические сплавы и диэлектрические материалы. При одновременном напылении кобальта и ниобата лития из составной мишени с переменным расстоянием между пластинами на ней в едином технологическом цикле формировалась гранулированная структура с широким и непрерывным спектром концентраций металлической фазы (20 < х < 80 ат. %). Были исследованы несколько серий образцов (см. таблицу).
Исследование электрических и магниторези-стивных свойств гранулированных наноструктур (Со)х^№03)100 _ х показало, что при введении кислорода в распылительную камеру происходит существенное расширение диапазона концентраций магнитной фазы х, в котором наблюдается магни-тосопротивление. Также обнаружено появление
1 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова.
2 Воронежский государственный технический университет.
нескольких максимумов ГМС на концентрационной кривой. Эти особенности, по-видимому, связаны с окислительными процессами, приводящими к появлению на поверхности металлических гранул изолирующих оболочек оксида кобальта, которые играют роль разделительных барьеров между гранулами и, кроме того, уменьшают долю металлической фазы. Это приводит к ослаблению взаимодействия между частицами и к уменьшению намагниченности [1].
Магнитооптические (МО) свойства аморфных гранулированных наноструктур исследовали в геометрии экваториального эффекта Керра: спектральные 5(^) _ в области энергий 0.5-4.2 эВ; полевые 5(Я) _ в области полей от 0 до 1.5 кЭ; угол падения света 70°; температура комнатная.
Исследование спектральных зависимостей ЭЭК для нанокомпозитов (Со)х(Ы№Ю3)100 _ х показало, что характер спектров 5(^) схож для всех нанокомпозитов, напыленных в присутствии кислорода в распылительной камере и существенно отличается от спектра ЭЭК поликристаллического Со (на рис. 1 приведены спектры ЭЭК для нанокомпозитов четвертой серии с Р = 2.3 ■ 105 Торр и поликристал-
Таблица
Номер серии Охлаждение подложки Атмосфера в распылительной камере Парциальное давление кислорода в распылительной камере Р, Торр
1 Есть Ar 0
2 Нет Ar 0
3 » Ar + O2 1.8 ■ 10-5
4 » Ar + O2 2.3 ■ 10-5
5 » Ar + O2 3.2 ■ 10-5
6 » Ar + O2 6.2 ■ 10-5
1583
1584
БУРАВЦОВА и др.
ЭЭК, 5, 10-
3.5 4.5 E, эВ
Рис. 1. Спектральные зависимости ЭЭК (5) для нано-композитов (Co)x(LiNbO3)!00 - х (четвертой серии) -□- 53.5 ат. %; -О- 59.4 ат. %; -А- 64.5 ат. %; -О- 66.6 ат. %; -х- 68.6 ат. %; — Co.
ЭЭК, 5, 10 12
10
8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10
-3
4.5
E, эВ
Рис. 2. Спектральные зависимости ЭЭК (5) для нано-композитов (Со)х^^Оз)10о - х с концентрацией ферромагнитной фазы х = 66.6 ат. %. -■- серия 1; -□- серия 2; -х- серия 3; -Д- серия 4; -О- серия 5; -•- серия 6.
лического Со). Амплитуда эффекта в нанокомпози-тах в несколько раз превосходит величину эффекта для однородного образца. Изменение формы спектров ЭЭК и значительное увеличение эффекта для гранулированных пленок наблюдали не только в ближнем ИК-диапазоне спектра, как для нанокомпо-зитов Со(А12О3) [2], (CoFeZr)SiO2 [3], но и в области 3.0-4.2 эВ.
Спектральные зависимости ЭЭК для наноком-позитов (Со)х(ЫКЪО3)100 - х с концентрацией ферромагнитной фазы х = 66.6 ат. %, полученные при различном давлении кислорода, представлены на рис. 2. Видно, что присутствие кислорода значительно влияет на величину ЭЭК: эффект возрастает в ИК-области при увеличении давления кислорода до Р = 2.3 • 10-5 Торр, а в области 2.0-4.2 эВ эффект уменьшается. При увеличении давления кислорода (серии 5 и 6) величина МО-отклика уменьшается во всей области спектра.
Сравнивая спектры ЭЭК образцов серии 1, напыленных на охлаждаемые подложки, и серии 2, напыленных на неохлаждаемые подложки, можно отметить, что кривые 5(к\) различаются как по виду, так и по величине эффекта. Это можно объяснить, если предположить, что окислительные процессы частично могут идти и без введения кислорода в распылительную камеру - за счет разложения ниобата лития при высоких температурах. Этот эффект сильнее всего проявляется в образцах с большой концентрацией магнитной фазы.
Концентрационные зависимости ЭЭК для всех исследованных систем имели немонотонный ха-
рактер (вставка на рис. 1) и с увеличением давления кислорода максимальные значения ЭЭК сдвигались в область больших концентраций. Изучение полевых зависимостей ЭЭК показало, что увеличение давления кислорода при получении на-нокомпозитов приводит к изменению вида кривых 5(H) и существенному росту полей насыщения для образцов с большой концентрацией ферромагнитной компоненты.
Данные по магнитооптическим свойствам гранулированных наноструктур (Co)x(LiNbO3)100 _ х хорошо кореллируют с результатами исследования электрических и магниторезистивных свойств этих пленок. Обнаруженные особенности магнитооптических свойств наноструктур подтверждают сделанные в [1] выводы о появлении оксидной рубашки на поверхности гранул кобальта.
Объединяя результаты магнитных и магнитооптических исследований, можно сказать, что полученные результаты свидетельствуют о сильном влиянии окислительных процессов на микроструктуру и магнитооптические свойства гранулированных нанокомпозитов (Co)x(LiNbO3)100 - х.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 05-02-17064.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Kalinin Yu.E., Kopitin V.N., Samsonov S.A. et al. // Fer-roelectrics. 2004. V. 307. P. 243.
2. Gan'shina E., Kumaritova R., Bogoradisky A. et al. // J. Magn. Soc. Japan. 1999. V. 23. P. 379.
3. Ганьшина E.A., Вашук M.B., Виноградов A.H. и др. // ЖЭТФ. 2004. Т. 125. < 5. С. 1172.
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 71 № 11 2007
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.