ТЕОРИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ СРЕДЫ КАК ИНСТРУМЕНТ АНАЛИЗА ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНОКОМПОЗИТОВ

Методы эффективной среды применяются для описания оптических и магнитооптических свойств нанокомпозитов, представляющих собой неоднородные структуры, в которых металлические гранулы помещены в матрицу полупроводника или диэлектрика. В подобных структурах возможно существование гигантского и туннельного магнитосопротивления, гигантского аномального эффекта Холла, большой магнитооптической активности, аномального оптического поглощения. Существует несколько методов описания эффективной среды нанокомпозита. Основным приближением в случае малой концентрации металлической компоненты (в нашем случае она составляет 7%) является использованный нами метод эффективной среды Максвелла-Гарнетта, который описывает структуру через эффективную диэлектрическую проницаемость εeff. Для средних концентраций применяется приближение Бруггемана; в случае произвольных концентраций хорошо работает симметризованное приближение Максвелла-Гарнетта. В статье исследована спектральная зависимость диэлектрической проницаемости образца нанокомпозита в ближней ИК-области спектра. С помощью формул Френеля построены спектральные зависимости коэффициентов отражения и пропускания р-поляризованного света. Обнаружены и обсуждены особые точки приведенных спектральных зависимостей при λ, равных 1 и 4 мкм. Определен состав нанокомпозита (Cu+Si), для которого наблюдается хорошее качественное и количественное согласие экспериментальных и модельных зависимостей. Проведенный в статье анализ позволяет прогнозировать оптические свойства любого нанокомпозита, что важно для выбора материалов с заданными свойствами. Обсуждены возможности использования нанокомпозитов.

магнитооптика, нанокомпозиты, диэлектрическая проницаемость, коэффициент отражения, формулы Френеля, условие Вульфа-Брэгга, угол Брюстера

1. Юрасов А.Н. Магниторефрактивный эффект, как бесконтактный метод исследования функциональных материалов // Материаловедение. 2014. № 6. C. 32-38.

2. Sukhorukov Yu.P., Telegin A.V., Bessonov V.D., Gan’shina E.A., Kaul’ A.R., Korsakov I.E., Perov N.S., Fetisov L.Yu., Yurasov A.N. Magnetorefractive effect in the La1-xKxMnO3 thin films grown by MOCVD // J. Magn. Magn. Mat. 2014. V. 367. P. 53-59.

3. Buravtsova V., Gan’shina E., Lebedeva E., Syr’ev N., Trofimenko I., Vyzulin S., Shipkova I., Phonghirun S., Kalinin Yu., Sitnikov A. The features of TKE and FMR in nanocomposites-193 semiconductors multilayers // Solid State Phenomena. 2011. V. 168-169. P. 533-536.

4. Hrabovský D., Caicedo J.M., Herranz G., Infante I.C., Sánchez F., Fontcuberta J. Jahn-Teller contribution to the magneto-optical effect in thin-film ferromagnetic manganites // Phys. Rev. B. 2009. V. 79(5). P. 052401-1-052401-4.

5. Bergman L.J. The dielectric constant of a composite material - a problem in classical physics // Phys. Rev. Lett. 1980. V. 44. P. 1285-1287.

6. Gerady J.M., Ausloos M. Absorption spectrum of clusters of spheres from the general solution of Maxwell's equations. The long-wavelength limit // Phys. Rev. B. 1980. V. 22(12). P. 4950-4959.

7. Gerady J.M., Ausloos M. Effects of high polar orders on the infrared absorption spectrum of ionic clusters // Surface Sci. 1981. V. 106. P. 319-326.

8. Антонов В.А., Пшеницин В.И. Эффективная диэлектрическая проницаемость гетерогенной системы // Оптика и спектроскопия. 1981. Т. 50. С. 362-370.

9. Касаткин С.И., Васильева Н.П., Муравьев А.М. Спинтронные магниторезистивные элементы и приборы на их основе. М.: Электроинформ, 2005. 168 с.

10. Xiao J.Q., Jiang J.S., Chien C.L. Giant magnetoresistance in nonmultilayer magnetic systems // Phys. Rev. Lett. 1992. V. 68. P. 3749-3756.

11. Ведяев А.В., Грановский А.Б., Калицев А.В., Брауерс Ф. Аномальный эффект Холла гранулированных сплавов // ЖЭТФ. 1997. Т. 112. C. 2198-2209.

12. Балабанов В. И. Нанотехнологии. Наука будущего. М.: Эксмо, 2009. 256 с.

13. Вызулин С.А., Горобинский А.В., Калинин Ю.Е., Лебедева Е.В., Ситников А.В., Сырьев Н.Е., Трофименко И.Т., Чекрыгина Ю.И., Шипкова И.Г. ФМР, магнитные и резистивные свойства мультислойных наноструктур (CoFeZr)x(Al2O3)1-x/Si // Известия РАН, сер. физическая. 2010. Т. 74. № 10. C. 1441-1443.

14. Naik S.R., Rai S., Tiwari M.K., Lodha G.S. Structural asymmetry of Si/Fe and Fe/Si interface in Fe/Si multilayers // J. Phys. D: Appl. Phys. 2008. V. 41. P. 115307-115312.

15. Ханикаев А.Б., Грановский А.Б., Клерк Ж.-П. Влияние распределения гранул по размерам и притяжения между гранулами на порог перколяции в гранулированных сплавах // Физика твердого тела. 2002. Т. 44. С. 1537-1540.

16. Price P.J. Anisotropic conduction in solids near surfaces // IBM J. Res. Develop. 1960. V. 4. P. 152-157.

17. Маевский В.М. Теория магнетооптических эффектов в многослойных системах с произвольной ориентацией намагниченности // Физика металлов и материаловедение (ФММ). 1985. Т. 59. № 2. С. 213-219.

18. Bass M., DeCusatis C., Enoch J.M., Lakshminarayanan V., Li G., MacDonald C., Mahajan V.N., Van Stryland E. Handbook of optics: Third Edition. Vol. IV: Optical properties of materials, nonlinear optics, quantum optics. McGraw-Hill Education, 2009. V. 4. 1152 р.

19. Gorelik1 V.S., Yashin M.M., Vodchits A.I., Reflection spectra of 1D photonic crystals based on aluminum oxide // Physics of Wave Phenomena. 2017. V. 25. № 3. P. 175-179.

20. Горелик В.С., Яшин М.М. Узкополосные фильтры в видимом спектральном диапазоне на основе пористого фотонного кристалла // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: естественные науки. 2016. № 5(68). С. 105-114.

21. Сушко М.Я., Криськив С.К. Метод компактных групп в теории диэлектрической проницаемости гетерогенных систем // Журн. техн. физики. 2009. Т. 79. Вып. 3. C. 97-101.

22. Granovsky A.B., Gan’shina E.A., Vinogradov A.N., Rodin I.K., Yurasov A.N., Khan H.R. Magnetooptical spectra of ferromagnetic Co-CoO composites // Physics of Metals and Metallography. 2001. V. 91. № 1 suppl. S52- S55.