mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2021-9-3-49-57mireabulletin-327Research ArticleМИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКА. ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯMICRO- AND NANOELECTRONICS. CONDENSED MATTER PHYSICSВлияние размерных эффектов и распределения гранул по размерам на оптические и магнитооптические свойства нанокомпозитовInfluence of size effects and granule distribution by size on optical and magneto-optical properties of nanocompositesЮрасовА. Н.YurasovA. N.

Юрасов Алексей Николаевич, д.ф.-м.н., доцент, профессор кафедры наноэлектроники, заместитель директора Физико-технологического института

ResearcherID: M-3113-2016, Scopus Author ID: 6602974416

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

Alexey N. Yurasov, Dr. Sci. (Phys.–Math.), Professor, Department of Nanoelectronics, Deputy Director of the Institute of Physics and Technology

ResearcherID: M-3113-2016, Scopus Author ID: 6602974416 

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454

alexey_yurasov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8022-9355ЯшинМ. М.YashinM. M.

Яшин Максим Михайлович, старший преподаватель кафедры наноэлектроники Физико-технологического института; ассистент кафедры «Физика»

ResearcherID: G-6809-2017, Scopus Author ID: 57191628251, 57210607470 

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

105005, Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5

Maxim M. Yashin, Senior teacher, Department of Nanoelectronics, Institute of Physics and Technology; Assistant Lecturer, Department of Physics

ResearcherID: G-6809-2017, Scopus Author ID: 57191628251, 57210607470 

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454

5, str. 1, 2-ya Baumanskaya ul., Moscow, 105005

ihkamax@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7627-4978ГладышевИ. В.GladyshevI. V.

Гладышев Игорь Васильевич, к.ф.-м.н., доцент, доцент кафедры наноэлектроники Физико-технологического института

ResearcherID: N-1535-2016, Scopus Author ID: 6701612553 

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

Igor V. Gladyshev, Cand. Sci. (Phys.–Math.), Associate Professor, Department of Nanoelectronics, Institute of Physics and Technology

ResearcherID: N-1535-2016, Scopus Author ID: 6701612553 

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454

i_gladyshev@mirea.ruСеменоваД. В.SemyonovaD. V.

Семенова Дарья Владимировна, магистр кафедры наноэлектроники Физико-технологического института

Scopus Author ID: 57212546857

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

Darya V. Semyonova, Student, Department of Nanoelectronics, Institute of Physics and Technology

Scopus Author ID: 57212546857

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454

semenovadar.ya@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6709-158XГаньшинаЕ. А.Gan’shinaE. A.

Ганьшина Елена Александровна, д.ф.-м.н., профессор кафедры магнетизма физического факультета

ResearcherID: Y-9188-2018, Scopus Author ID: 55664489100

119991, Москва, Ленинские горы, ГСП-1

Elena A. Gan’shina, Dr. Sci. (Phys.–Math.), Professor, Department of Magnetism, Faculty of Physics

ResearcherID: Y-9188-2018, Scopus Author ID: 55664489100

GSP-1, Leninskie Gory, Moscow, 119991

eagan@mail.ruКаназаковаЕ. С.KanazakovaE. S.

Каназакова Екатерина Сергеевна, бакалавр кафедры наноэлектроники, Физико-технологического института

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

Ekaterina S. Kanazakova, Student, Department of Nanoelectronics, Institute of Physics and Technology

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

kanazakova@mail.ruМИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian FederationМИРЭА – Российский технологический университет; Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаРоссияMIREA – Russian Technological University; Bauman Moscow State Technical UniversityRussian FederationМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation202128062021934957Copyright © Юрасов А.Н., Яшин М.М., Гладышев И.В., Семенова Д.В., Ганьшина Е.А., Каназакова Е.С., 20212021Юрасов А.Н., Яшин М.М., Гладышев И.В., Семенова Д.В., Ганьшина Е.А., Каназакова Е.С.Yurasov A.N., Yashin M.M., Gladyshev I.V., Semyonova D.V., Gan’shina E.A., Kanazakova E.S.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/327

В работе экспериментально и теоретически исследуются спектральные зависимости экваториального эффекта Керра (ЭЭК). Получены результаты для неотожженных и отожженных образцов при соответствующем разбросе размера гранул. Выяснено, что термомагнитный отжиг приводит к росту величины ЭЭК в магнитных наноструктурах, при этом наиболее заметные изменения величины эффекта наблюдались в диапазоне средних и больших концентраций магнитной компоненты в видимой области спектра. Показана целесообразность использования приближения эффективной среды для расчета магнитооптических эффектов в гранулированных системах с учетом распределения по размерам гранул в рамках логнормального распределения. На основании данного подхода объяснены основные особенности оптических и магнитооптических свойств нанокомпозитов на примере (Co45Fe45Zr10)X(Al2O3)1–X. Все расчеты выполнены в приближении Бруггеманна, которое эффективно описывает свойства наноструктур в области средних концентраций. Размерные эффекты ярко проявляются в нанокомпозитах и оказывают существенное влияние на их оптические и магнитооптические свойства, особенно в ИК области спектра, что связано с внутризонными переходами. Учет распределения частиц по размерам позволяет существенно улучшить описание таких перспективных неоднородных наноструктур. Решенная задача очень важна и актуальна как с фундаментальной точки зрения – исследование магнитооптических, оптических и транспортных явлений в нанокомпозитах, так и с точки зрения больших возможностей для применения в современной электронике и наноэлектронике. Учет размерных эффектов и разброса по размерам частиц позволяет находить новые перспективные функциональные материалы, управлять их свойствами в широком спектральном диапазоне.

In this paper, the spectral dependences of the transverse Kerr effect (ТКЕ) are studied experimentally and theoretically. The results are obtained for deposited and annealed samples with a corresponding variation in the size of the granules. It was found that thermomagnetic annealing leads to an increase in the ТКЕ value in magnetic nanostructures, while the most noticeable changes in the effect value were observed in the range of medium and high concentrations of the magnetic component in the visible region of the spectrum. The expediency of using the effective medium approach for calculating magneto-optical effects in granular systems, taking into account the size distribution of granules within the lognormal distribution of granules, is shown. Based on this approach, the main features of the optical and magneto-optical properties of nanocomposites are explained by the example of (Co45Fe45Zr10)X(Al2O3)1–X. All calculations are performed in the Bruggemann approximation, which effectively describes the properties of nanostructures in the region of average concentrations. Size effects are clearly manifested in nanocomposites and have a significant impact on the optical and magneto-optical properties of nanocomposites, especially in the IR region of the spectrum, which is associated with intraband transitions. Taking into account the particle size distribution makes it possible to significantly improve the description of such promising inhomogeneous nanostructures. The solved problem is very important and relevant both from the fundamental point of view – the study of magneto-optical, optical and transport phenomena in nanocomposites – and from the point of view of the great possibilities of their application in modern electronics and nanoelectronics. Taking into account the size effects and the particle size dispersion makes it possible to find new promising functional materials and control their properties in a wide spectral range.

магнитные нанокомпозитыэкваториальный эффект Керраметоды эффективной средыразмерный эффектлогнормальное распределениеmagnetic nanocompositestransverse Kerr effecteffective medium approachsize effectlognormal distributionРабота выполнена в рамках темы «НИЧ-Гетероструктура».ReferencesNiklasson G.A., Granqvist C.G. Optical properties and solar selectivity of coevaporated Co-Al2O3 composite films. J. Appl. Phys. 1984;55(9):3382−3410. https://doi.org/10.1063/1.333386Niklasson G.A., Granqvist C.G. Optical properties and solar selectivity of coevaporated Co-Al2O3 composite films. J. Appl. Phys. 1984;55(9):3382−3410. https://doi.org/10.1063/1.333386Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит; 2009. 416 c. ISBN 978-5-9221-0582-8Gusev A.I.Nanomaterialy, nanostruktury, nanotekhnologii (Nanomaterials, nanostructures, nanotechnologies). Moscow: Fizmatlit; 2009. 416 p. (in Russ.). ISBN 978-5-9221-0582-8Ганьшина Е.А., Вашук М.В., Виноградов А.Н. и др. Эволюция оптических и магнитооптических свойств нанокомпозитов аморфный метал-диэлектрик. ЖЭТФ. 2004;125(5):1172−1182.Gan’shina E.A., Vashuk M.V., Vinogradov A.N.,et al.Evolution of optical and magnetooptical properties of amorphous metal-dielectric nanocomposites. J. Exp. Theor. Phys. 2004;98(5):1027−1036. https://doi.org/10.1134/1.1767571 [Gan’shina E.A., Vashuk M.V., Vinogradov A.N. i dr. Evolyutsiya opticheskikh i magnitoopticheskikh svoistv nanokompozitov amorfnyi metal-dielektrik. ZhETF = J. Exp. Theor. Phys. 2004;125(5):1172−1182 (in Russ.).]Юрасов А.Н., Семенова Д.В. Особенности экваториального эффекта Керра в отожженных и неотожженных нанокомпозитах (CoFeZr)x(Al2O3)(1–х). В сб.: «Информатика и технологии. Инновационные технологии в промышленности и информатике»: сб. докладов конференции. М.: РТУ МИРЭА; 2019. Т. 1. С. 51−58.Yurasov A.N., Semenova D.V. Features of the equatorial Kerr effect in annealed and non-annealed nanocomposites (CoFeZr)x(Al2O3)(1–х). In: Konferentsiya «Informatika i tekhnologii. Innovatsionnye tekhnologii v promyshlennosti i informatike» (Proc. of reports of the conference «Informatics and Technologies. Innovative technologies in industry and Informatics»). Moscow: RTU MIREA; 2019. V. 1, p. 51−58 (in Russ.).Юрасов А.Н., Яшин М.М. Теория эффективной среды как инструмент анализа оптических свойств нанокомпозитов. Российский технологический журнал. 2018;6(2):56−66. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2018-6-2-56-66Yurasov A.N., Yashin M.M. The effective medium theory as a tool for analyzing the optical properties of nanocomposites. Rossiiskii tekhnologicheskii zhurnal = Russian Technological Journal. 2018;6(2):56−66 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/2500-316X-2018-6-2-56-66Ландау Л., Лифшиц Е. Теоретическая физика. Т. 8. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматлит; 2017. 661 с. ISBN 978-5-9221-1702-9Landau L., Lifshits E. Teoreticheskaya fizika. T. 8. Elektrodinamika sploshnykh sred (Theoretical Physics. V. 8. Electrodynamics of continuous media). Moscow: Fizmatlit; 2017. 661 p. (in Russ.). ISBN 978-5-9221-1702-9Granovsky A., Kuzmichev M., Clerc J.P. The symmetrised Maxwell-Garnett approximation for magneto-optical spectra of ferromagnetic composites. J. Magn. Soc. Japan. 1999;23(1–2):382−386. https://doi.org/10.3379/jmsjmag.23.382Granovsky A., Kuzmichev M., Clerc J.P. The symmetrised Maxwell-Garnett approximation for magneto-optical spectra of ferromagnetic composites. J. Magn. Soc. Japan. 1999;23(1–2):382−386. https://doi.org/10.3379/jmsjmag.23.382Яшин М.М., Мирзокулов Х.Б. Симметризованное приближение Максвелла – Гарнетта как эффективный метод исследования нанокомпозитов. Российский технологический журнал. 2019;7(4):92−100. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-4-92-100Yashin M.M., Mirzokulov H.B. Symmetrized MaxwellGarnett approximation as an effective method for studying nanocomposites. Rossiiskii tekhnologicheskii zhurnal = Russian Technological Journal. 2019;7(4):92−100 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-4-92-100Ханикаев А., Грановский А., Клерк Ж.П. Влияние распределения гранул по размерам и притяжения между гранулами на порог перколяции в гранулированных сплавах. Физика твердого тела. 2002;44(9):1537−1540.Khanikaev A.B., Granovskii A.B., Clerk J.P. Influence of the size distribution granules and their attractive interaction on the percolation threshold in granulated alloys. Phys. Solid State. 2002;44(9):1611−1613. [Khanikaev A., Granovskii A., Klerk Zh.P. Vliyanie raspredeleniya granul po razmeram i prityazheniya mezhdu granulami na porog perkolyatsii v granulirovannykh splavakh. Fizika tverdogo tela = Phys. Solid State. 2002;44(9):1537−1540 (in Russ.).]Yashin M.M., Yurasov A.N., Ganshina E.A., et al. Simulation of the spectra of the transverse Kerr effect of magnetic nanocomposites CoFeZr−Al2O3. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Natural Sciences. 2019;5(86):63−72. http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2019-5-63-72Yashin M.M., Yurasov A.N., Ganshina E.A., et al. Simulation of the spectra of the transverse Kerr effect of magnetic nanocomposites CoFeZr−Al2O3. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Natural Sciences. 2019;5(86):63−72. http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2019-5-63-72Фадеев Е., Блинов М., Гаршин В., Тарасова О., Ганьшина Е., Прудникова М., Прудников В., Lahderanta E., Рыльков В., Грановский А. Магнитные свойства нанокомпозитов (Co40Fe40B20)x(SiO2)100–x вблизи порога перколяции. Изв. АН СССР. Серия физич. 2019;83(7):917−920. https://doi.org/10.1134/S0367676519070159Fadeev E., Blinov M., Garshin V., Tarasova O., Ganshina E., Prudnikova M., Prudnikov V., Lahderanta E., Rylkov V., Granovskii A. Magnetic properties of (Co40Fe40B20)x(SiO2)100–x nanocomposites near the percolation threshold.Bull. RAS: Physics. 2019;83(7):835−837. https://doi.org/10.3103/S1062873819070153 [Fadeev E., Blinov M., Garshin V., Tarasova O., Gan’shina E., Prudnikova M., Prudnikov V., Lahderanta E., Ryl’kov V., Granovskii A. Magnitnye svoistva nanokompozitov (Co40Fe40B20)x(SiO2)100–x vblizi poroga perkolyatsii. Izv. AN SSSR. Seriya fizich. = Bull. RAS: Physics. 2019;83(7):917−920 (in Russ.).]Домашевская Э.П., Ивков С.А., Ситников А.В., Стогней О.В., Козаков А.Т., Никольский А.В. Влияние относительного содержания металлической компоненты в диэлектрической матрице на образование и размеры нанокристаллов кобальта в пленочных композитах Co x(MgF2)100−x. Физика твердого тела. 2019;61(2):211−219. https://doi.org/10.21883/FTT.2019.02.47115.211Domashevskaya E. P., Ivkov S. A., Sitnikov A.V., Stognei O.V., Kozakov A.T., Nikolskii A.V. The Influence of relative content of a metal component in a dielectric matrix on the formation and dimensions of cobalt nanocrystals in Cox(MgF2)100−x film composites. Phys. Solid State. 2019;61(2):71−79. https://doi.org/10.1134/S1063783419020112 [Domashevskaya E.P., Ivkov S.A., Sitnikov A.V., Stognei O.V., Kozakov A.T., Nikol’skii A.V. Vliyanie otnositel’nogo soderzhaniya metallicheskoi komponenty v dielektricheskoi matritse na obrazovanie i razmery nanokristallov kobal’ta v plenochnykh kompozitakh Co x(MgF2)100−x. Fizika tverdogo tela = Phys. Solid State. 2019;61(2):211−219 (in Russ.).]Lima E., Tanaka T., Toyoda I. A novel low phase noise push-push oscillator employing dual-feedback suboscillators. Progress In Electromagnetics Research M. 2018;75:141−148. http://dx.doi.org/10.2528/PIERM18080701Lima E., Tanaka T., Toyoda I. A novel low phase noise pushpush oscillator employing dual-feedback sub-oscillators. Progress In Electromagnetics Research M. 2018;75:141−148. http://dx.doi.org/10.2528/PIERM18080701Ткачева В.Р. Нанокомпозиты – будущее машиностроения. Техника. Технологии. Инженерия. 2016;1:37−40.Tkacheva V.R. Nanocomposites – the future of machine building. Tekhnika. Tekhnologii. Inzheneriya = Technique. Technologies. Engineering. 2016;(1):37−40 (in Russ.).Медведева Н.В., Ипатова О.М., Иванов Ю.Д., Дрожжин А.И., Арчаков А.И. Нанобиотехнология и наномедицина. Биомедицинская химия. 2006:52(6):529−546.Medvedeva N.V., Ipatova O.M., Ivanov Yu.D., Drozhzhin A.I., Archakov A.I. Nanobiotechnology and nanomedicine. Biochem. Moscow Suppl. Ser. B: Biomed. Chem. 2007;1:114−124. https://doi.org/10.1134/S1990750807020023 [Medvedeva N.V., Ipatova O.M., Ivanov Yu.D., Drozhzhin A.I., Archakov A.I. Nanobiotekhnologiya i nanomeditsina. Biomeditsinskaya khimiya = Biochem. Moscow Suppl. Ser. B: Biomed. Chem. 2006:52(6):529−546 (in Russ.).]

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