mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2025-13-1-115-121OABAYGmireabulletin-1078Research ArticleМИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКА. ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯMICRO- AND NANOELECTRONICS. CONDENSED MATTER PHYSICSМагнитооптический экваториальный эффект Керра в нанокомпозитах Cox(CoO)1−xMagneto-optical transverse Kerr effect in Cox(CoO)1−x nanocompositeshttps://orcid.org/0000-0001-8022-9355ЯшинМ. М.YashinMaxim M.

Яшин Максим Михайлович, к.ф.-м.н., доцент, кафедра наноэлектроники, Институт перспективных технологий и индустриального программирования,

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78. 

ResearcherID: G-6809-2017,

Scopus AuthorID: 57210607470.

Maxim M. Yashin, Cand. Sci. (Phys.–Math.), Associate Professor, Department of Nanoelectronics, Institute for Advanced Technologies and Industrial Programming,

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454.

ResearcherID: G-6809-2017,

Scopus AuthorID: 57210607470.

yashin@mirea.ruhttps://orcid.org/0009-0001-0421-4845РябухинВ. Е.RyabukhinVitaly E.

Рябухин Виталий Евгеньевич, магистрант, Институт перспективных технологий и индустриального программирования,

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78. 

Vitaly E. Ryabukhin, Student, Institute for Advanced Technologies and Industrial Programming,

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454.

vitas900@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-9104-3529ЮрасовА. Н.YurasovAlexey N.

Юрасов Алексей Николаевич, д.ф.-м.н., профессор, профессор кафедры наноэлектроники, Институт перспективных технологий и индустриального программирования, 

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78.  ResearcherID: M-3113-2016,

Scopus AuthorID: 6602974416.

Alexey N. Yurasov, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, Department of Nanoelectronics, Institute for Advanced Technologies and Industrial Programming,

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454.

ResearcherID: M-3113-2016,

Scopus AuthorID: 6602974416.

alexey_yurasov@mail.ruФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет»РоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian Federation202505022025131115121Copyright © Яшин М.М., Рябухин В.Е., Юрасов А.Н., 20252025Яшин М.М., Рябухин В.Е., Юрасов А.Н.Yashin M.M., Ryabukhin V.E., Yurasov A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/1078Цели

Цели. Целью работы является получение и исследование спектров магнитооптического экваториального эффекта Керра (ЭЭК) в нанокомпозитах Cox(CoO)1−x, сравнение полученных результатов с экспериментальными данными, выявление их особенностей. Подобные исследования являются, безусловно, важными, как с фундаментальной точки зрения, так и с практической, т.к. магнитооптическая спектроскопия – метод неразрушающего контроля и исследования широкого класса наноструктур с перспективными и интересными свойствами.

Методы

Методы. Для достижения поставленной цели применялось компьютерное моделирование в рамках перспективного метода эффективной среды – приближения Бруггемана, согласно которому исследуемая структура заменяется средой с эффективными свойствами.

Результаты

Результаты. Изучены экспериментальные спектры ЭЭК и в рамках компьютерного моделирования получены спектры эффекта Керра в диапазоне 1.5–3.0 эВ. При этом моделирование проводилось двумя способами: без учета и с учетом квазиклассического размерного эффекта. Конечным результатом стало сопоставление модельных и экспериментальных спектров эффекта Керра, где было показано влияние размерных эффектов на вид спектров ЭЭК. Достоверность методик хорошо подтверждается сравнением полученных результатов с эмпирическими данными, а ценность полученных результатов обусловлена тем, что все рассчитанные параметры обсуждаемого нанокомпозита и форма спектральных зависимостей ЭЭК хорошо согласуются с результатами наблюдений.

Выводы

Выводы. В рамках компьютерного моделирования установлены оптимальные параметры исследуемого образца: форм-фактор, средний размер гранул, коэффициент аномального эффекта Холла. Описанный подход позволяет бесконтактным и неразрушимым способом изучать магнитооптические свойства перспективных наноматериалов, а полученные результаты являются важными при создании новых типов устройств, а также элементов электроники и наноэлектроники.

Objectives

Objectives. The aim of this paper is to attain and investigate the spectra of the magneto-optical transverse Kerr effect (TKE) in Cox(CoO)1−x nanocomposites, to compare the obtained results with experimental data, and identify their specific features. Magneto-optical spectroscopy is a method for non-destructive testing and research of a wide class of nanostructures with promising and interesting properties, and such studies are essential in terms of both fundamental and practical aspects.

Methods

Methods. Computer modeling is used as part of the promising effective medium method. This is in the form of the Bruggeman approximation, according to which the structure under study is replaced by a medium with effective properties.

Results

Results. TKE experimental spectra were studied and Kerr effect spectra in the range of 1.5–3.0 eV were obtained by computer modeling. In this case, the modeling is performed by means of two methods, ignoring and considering the quasiclassical size effect. The final result is the comparison of the model and experimental Kerr effect spectra, in which the influence of size effects on the appearance of the TKE spectra is shown. The reliability of methods is well confirmed by comparing the results obtained with empirical data. The value of the results obtained stems from the fact that all the calculated parameters of the nanocomposite under study and the shape of TKE spectral dependencies  are in good agreement with the observation results.

Conclusions

Conclusions. The optimal parameters of the sample under study are established as part of computer modeling: form factor, average granule size, and the anomalous Hall effect coefficient. The described approach allows the magneto-optical properties of promising nanomaterials to be studied in a non-contact and non-destructive manner. These results are useful for creating new types of devices as well as electronics and nanoelectronics elements.

нанокомпозитытеория эффективной средыэкваториальный эффект Керраоксид кобальтаразмерные эффектыnanocompositeseffective medium approachtransverse Kerr effectcobalt oxidesize effectsРабота выполнена при поддержке программы «Акселератор 4.0 РТУ МИРЭА вторая волна» и при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Государственное задание для университетов № ФГФЗ-2023-0005).The study was supported by the program “Accelerator 4.0 RTU MIREA second wave” and the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (State Assignment for Universities No. FGFZ-2023-0005).ReferencesGan’shina E.A., Golik L.L., Kun’kova Z.E., Zykov G.S., Rukovishnikov A.I., Markin Yu.V. Magnetic inhomogeneity manifestations in the magneto-optical spectra of (In-Mn)As layers. IEEE Magn. Lett. 2020;11:2502105. https://doi.org/10.1109/LMAG.2020.2982849Gan’shina E.A., Golik L.L., Kun’kova Z.E., Zykov G.S., Rukovishnikov A.I., Markin Yu.V. Magnetic inhomogeneity manifestations in the magneto-optical spectra of (In-Mn)As layers. IEEE Magn. Lett. 2020;11:2502105. https://doi.org/10.1109/LMAG.2020.2982849Ганьшина Е.А., Припеченков И.М., Перова Н.Н., Каназакова Е.С., Овешников Л.Н., Джалолиддинзода М., Риль А.И., Грановский А.Б., Аронзон Б.А. Магнитооптическая спектроскопия композитов GaSb–MnSb. Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2023;87(3):328–332. https://doi.org/10.31857/S0367676522700570Gan’shina E.A., Pripechenkov I.M., Perova N.N., et al. Magneto-Optical Spectroscopy of GaSb–MnSb Composites. Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2023;87(3):282–286. https://doi.org/10.3103/s1062873822701088 [Original Russian Text: Gan’shina E.A., Pripechenkov I.M., Perova N.N., Kanazakova E.S., Oveshnikov L.N., Dzhaloliddinzoda M., Ril’ A.I., Granovskii A.B., Aronzon B.A. Magneto-optical spectroscopy of composites GaSb–MnSb. Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Seriya fizicheskaya. 2023;87(3):328–332 (in Russ.). https://doi.org/10.31857/S0367676522700570 ]Granovsky A.B., Khanikaev A.B., Kioussis N., Kalitsov A.V. Influence of grain size on the extraordinary Hall effect in magnetic granular alloys. J. Magn. Magn. Mater. 2003;258–259:87–89. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(02)01119-8Granovsky A.B., Khanikaev A.B., Kioussis N., Kalitsov A.V. Influence of grain size on the extraordinary Hall effect in magnetic granular alloys. J. Magn. Magn. Mater. 2003;258–259:87–89. https://doi.org/10.1016/S03048853(02)01119-8Звездин А.К., Котов В.А. Магнитооптика тонких пленок. М.: Наука; 1988. 192 с.Zvezdin A.K., Kotov V.A. Magnitooptika tonkikh plenok (Magneto-Optics of Thin Films). Moscow: Nauka; 1988. 192 p. (in Russ.).Ganshina E.A., Garshin V.V., Pripechenkov I.M., Ivkov S.A., Domashevskaya E.P., Sitnikov A.V. Effect of phase transformations of a metal component on the magneto-optical properties of thin-films nanocomposites (CoFeZr)x(MgF2)100−x. Nanomaterials. 2021;11(7):1666. https://doi.org/10.3390/nano11071666Ganshina E.A., Garshin V.V., Pripechenkov I.M., Ivkov S.A., Domashevskaya E.P., Sitnikov A.V. Effect of phase transformations of a metal component on the magneto-optical properties of thin-films nanocomposites (CoFeZr)x(MgF2)100−x. Nanomaterials. 2021;11(7):1666. https://doi.org/10.3390/nano11071666Юрасов А.Н., Яшин М.М., Гладышев И.В., Ганьшина Е.А., Каназакова Е.С., Сайфулина Д.А., Симдянова М.А. Влияние распределения гранул по размерам на магнитооптические свойства нанокомпозитов. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2023;110(5):63–72. URL: https://vestniken.bmstu.ru/catalog/phys/cryst/1111.htmlYurasov A.N., Yashin M.M., Gladyshev I.V., Ganshina E.A., Kanazakova E.S., Saifulina D.A., Simdyanova M.A. Granule size distribution influence on the nanocomposite magneto-optical properties. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Seriya Estestvennye nauki = Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Natural Sciences. 2023;110(5):63–72 (in Russ.). Available from URL: https://vestniken.bmstu.ru/catalog/phys/cryst/1111.htmlBlinov M.I., Chernenko V., Prudnikov V.N., Aseguinolaza I.R., Barandiaran J.M., Lahderanta E., Granovsky A.B. Anomalous hall effect in Ni47.3Mn30.6Ga22.1/Mg O(001) thin films. Phys. Rev. B. 2020;102(6):064413. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.064413Blinov M.I., Chernenko V., Prudnikov V.N., Aseguinolaza I.R., Barandiaran J.M., Lahderanta E., Granovsky A.B. Anomalous hall effect in Ni47.3Mn30.6Ga22.1/Mg O(001) thin films. Phys. Rev. B. 2020;102(6):064413. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.064413Domashevskaya E.P., Ivkov S.A., Sitnikov A.V., et al. Influence of the relative content of the metal component in the dielectric matrix on the formation and size of cobalt nanocrystals in Coх(MgF2)100−х film composites. Phys. Solid State. 2019;61(2):71–79. https://doi.org/10.1134/S1063783419020112Domashevskaya E.P., Ivkov S.A., Sitnikov A.V., et al. Influence of the relative content of the metal component in the dielectric matrix on the formation and size of cobalt nanocrystals in Coх(MgF2)100−х film composites. Phys. Solid State. 2019;61(2):71–79. https://doi.org/10.1134/S1063783419020112Ганьшина Е.А., Гаршин В.В., Перова Н.Н., Припеченков И.М., Юрасов А.Н., Яшин М.М., Рыльков В.В., Грановский А.Б. Магнитооптическая керр-спектроскопия нанокомпозитов. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2023;164(4):662–672. https://doi.org/10.31857/S0044451023100188Gan’shina A., Garshin V.V., Perova N.N., et al. Magnetooptical Kerr Spectroscopy of Nanocomposites. J. Exp. Theor. Phys. 2023;137(4):572–581. https://doi.org/10.1134/S1063776123100151 [Original Russian Text: Gan’shina A., Garshin V.V., Perova N.N., Pripechenko I.M., Yurasov A.N., Yahin M.M., Rylkov V.V., Granovskii A.B. Magnetooptical Kerr Spectroscopy of Nanocomposites. Zhurnal eksperimental’noi i teoreticheskoi fiziki. 2023;164(4):662–772 (in Russ.). https://doi.org/10.31857/S0044451023100188 ]Юрасов А.Н., Яшин М.М. Методы эффективной среды как оптимальные методы моделирования физических свойств наноструктур. Российский технологический журнал. 2020;8(5):68–77. https://doi.org/10.32362/2500316X-2020-8-5-68-77Yurasov A.N., Yashin M.M. Methods of effective media as optimal methods for modeling the physical properties of nanostructures. Rossiiskii tekhnologicheskii zhurnal. 2020;8(5):68–77 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/2500316X-2020-8-5-68-77Алешников А.А., Калинин Ю.Е., Ситников А.В., Федосов А.Г. Магнитные свойства многослойных структур на основе нанокомпозитов (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100−x. Перспективные материалы. 2012;5:68–75.Aleshnikov A.A., Kalinin Yu.E., Sitnikov A.V., Fedosov A.G. Magnetic properties of multilayer structures based on (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)100−x nanocomposites. Perspektivnye Materialy. 2012;5:68–75 (in Russ.).Sitnikov A.V., Makagonov V.A., Kalinin Y.E., Kushchev S.B., Foshin V.A., Perova N.N., Ganshina E.A., Granovsky A.B. Magnetic, magnetoresistive and structural properties of Сox(СoО)100−x thin film composites. J. Magn. Magn. Mater. 2023;587(39):171154. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2023.171154Sitnikov A.V., Makagonov V.A., Kalinin Y.E., Kushchev S.B., Foshin V.A., Perova N.N., Ganshina E.A., Granovsky A.B. Magnetic, magnetoresistive and structural properties of Сox(СoО)100−x thin film composites. J. Magn. Magn. Mater. 2023;587(39):171154. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2023.171154Фадеев Е.А., Блинов М.И., Гаршин В.В., Тарасова О.С., Ганьшина Е.А., Прудникова М.В., Прудников В.Н., Ляхдеранта Э., Рыльков В.В., Грановский А.Б. Магнитные свойства нанокомпозитов (Сo40Fe40B20)x(SiO2)100–x вблизи порога перколяции. Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2019;83(7):917–920. https://doi.org/10.1134/S0367676519070159Fadeev E.A., Blinov M.I., Garshin V.V., et al. Magnetic properties of (Сo40Fe40B20)x(SiO2)100−x nanocomposites near the percolation threshold. Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2019;83(7):835–837. https://doi.org/10.3103/S1062873819070153 [Original Russian Text: Sitnikov A.V., Makagonov V.A., Kalinin Y.E., Kushchev S.B., Foshin V.A., Perova N.N., Ganshina E.A., Granovsky A.B. Magnetic properties of (Сo40Fe40B20)x(SiO2)100−x nanocomposites near the percolation threshold. Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Seriya fizicheskaya. 2019;83(7):917–920 (in Russ.). https://doi.org/10.1134/S0367676519070159 ]Михайловский Ю.О., Меттус Д.Е., Казаков А.П., Прудников В.Н., Калинин Ю.Е., Ситников А.С., Гербер А., Бартов Д., Грановский А.Б. Аномальный эффект холла в нанокомпозитах (Сo41Fe39B20)x(Al–O)100−x. Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2013;97(7–8):544–548.Mikhailovsky Yu.O., Mettus D.E., Kazakov A.P., et al. Anomalous Hall effect in (Сo41Fe39B20)x(Al–O)100–x nanocomposites. JETP Lett. 2013;97(8):473–477 https://doi.org/10.1134/S0021364013080110 [Original Russian Text: Mikhailovsky Yu.O., Mettus D.E., Kazakov A.P., Prudnikov V.N., Kalinin Yu.E., Sitnikov A.S., Gerber A., Bartov D., Granovsky A.B. Anomalous Hall effect in (Сo41Fe39B20)x(Al–O)100−x nanocomposites. Pis’ma v Zhurnal eksperimental’noi i teoreticheskoi fiziki. 2013;97(7–8):544–548 (in Russ.).]Manoharan S.S., Elefant D., Reiss G., Goodenough J.B. Extrinsic giant magne-toresistance in chromium (IV) oxide, CrO2. Appl. Phys. Lett. 1998;72(8):984–986. https://doi.org/10.1063/1.120616Manoharan S.S., Elefant D., Reiss G., Goodenough J.B. Extrinsic giant magne-toresistance in chromium (IV) oxide, CrO2. Appl. Phys. Lett. 1998;72(8):984–986. https://doi.org/10.1063/1.120616

The authors declare that there are no conflicts of interest present.