Вклад интерференции в магнитооптический экваториальный эффект Керра в белом свете

Цели. При измерении экваториального эффекта Керра в тонкопленочных структурах большое влияние на полученный результат оказывают интерференционные эффекты. В выступлениях на конференциях некоторые исследователи сообщали об использовании белого света в экспериментах. На их взгляд, хотя толщина исследуемых слоев была много меньше длины волны света, белый свет может помочь избежать интерференционных эффектов и/или резонансного возбуждения плазмонных волн. Цель статьи – путем моделирования проверить обоснованность таких утверждений.

Методы. Для решения обозначенной задачи применялся метод компьютерного моделирования – численного решения уравнений, составленных для модельной структуры при различных толщине и материалах слоев.

Результаты. Результаты моделирования показывают, что интерференционные эффекты в разных частях спектра при использовании источников белого света не нейтрализуют друг друга, и на величину эффекта влияет не только толщина слоев структуры, но и форма спектра излучения источника, а также кривая чувствительности фотоприемника. При этом выход измеряемой величины эффекта на плато при относительно большой толщине магнитооптической пленки обуславливается тем, что при этом свет поглощается в толще магнитооптической пленки и обратное отражение света от подложки пренебрежимо мало.

Выводы. Представленная методика позволяет учитывать влияние интерференционных эффектов при измерении экваториального эффекта Керра в белом свете или с использованием других источников с широким спектральным диапазоном и более качественно интерпретировать экспериментальные результаты, что может быть весьма полезным для разработки и исследования физических основ создания новых и совершенствования существующих приборов, изделий микро- и наноэлектроники, твердотельной электроники, а также квантовых устройств, включая оптоэлектронные приборы и преобразователи физических величин.

1. Ганьшина 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 (ЖЭТФ). 2023;164(4):662–672.

2. Sato K., Ishibashi T. Fundamentals of Magneto-Optical Spectroscopy. Front. Phys. 2022;10:946515. https://doi.org/10.3389/fphy.2022.946515

3. Телегин А.В., Бессонова В.А., Сухоруков Ю.П., Носов А.П., Ганьшина Е.А. Магнитоотражение и эффект Керра в пленках La2/3Ba1/3MnO3 с вариантной структурой. Оптика и спектроскопия. 2020;128(1):43–49. https://doi.org/10.21883/OS.2020.01.48836.40-19

4. Dyakov S.A., Fradkin I.M., Gippius N.A., Klompmaker L., Spitzer F., Yalcin E., Akimov I.A., Bayer M., Yavsin D.A., Pavlov S.I., Pevtsov A.B., Verbin S.Y., Tikhodeev S.G. Wide-band enhancement of the transverse magneto-optical Kerr effect in magnetite-based plasmonic crystals. Phys. Rev. B. 2019;100(21):214411. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.214411

5. Ганьшина 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/S0367676522700570

6. Бучин Э.Ю., Ваганова Е.И., Наумов В.В., Папорков В.А., Проказников А.В. Усиление экваториального эффекта Керра в наноперфорированных пленках кобальта. Письма в ЖТФ. 2009;35(13):8–17.

7. Ганьшина Е.А., Кунькова З.Э., Припеченков И.М., Маркин Ю.В. Магнитооптическое зондирование магнитного состояния и фазового состава слоев INFEAS. Физика металлов и металловедение. 2022;123(11):1168–1174. https://doi.org/10.31857/S0015323022601222

8. Li T., Luo L., Li X., Dove M.T., Zhang S., He J., Zhang Z. Observation of the mixed magneto-optical Kerr effects using weak measurement. Opt. Express. 2023;31(15):24469–24480. https://doi.org/10.1364/oe.492380

9. Sumi S., Awano H., Hayashi M. Interference induced enhancement of magneto-optical Kerr effect in ultrathin magnetic films. Sci. Rep. 2018;8(1):776. https://doi.org/10.1038/s41598-017-18794-w

10. Kaihara T., Ando T., Shimizu H., Zayets V., Saito H., Ando K., Yuasa S. Enhancement of magneto-optical Kerr effect by surface plasmons in trilayer structure consisting of double-layer dielectrics and ferromagnetic metal. Opt. Express. 2015;23(9):11537–11555. https://doi.org/10.1364/oe.23.011537

11. Skidanov V.A. Proximity induced long-range transformation of transverse magneto-optical Kerr effect in bilayers of magnetic and normal transition metals. In: EASTMAG Conference. 2022. Abstracts. V. 1. P. 415–416. URL: https://eastmag2022.knc.ru/wp-content/uploads/2023/10/EASTMAG-2022_Abstracts_volume-1-2.pdf

12. Маевский В.М. Теория магнетооптических эффектов в многослойных системах с произвольной ориентацией намагниченности. Физика металлов и металловедение. 1985;50(2):213–219.

13. Дейнего В., Капцов В., Гордиенко В. Десять лет школьному светодиодному освещению. Часть 1. Новые угрозы. Полупроводниковая светотехника. 2021;3(71):22–28.

14. Горшков М.М. Эллипсометрия. М.: Советское радио; 1974. 199 с.

15. Ломакин Л. Кремниевые фотодиоды. Справочный листок. Радио. 1998;2:65–68.

16. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л. Приемники оптического излучения. Справочник. М.: Радио и связь; 1987. 296 с.

17. Борн М., Вольф Э. Основы оптики: пер. с англ. М.: Наука; 1973. 719 с.