Магнитооптический экваториальный эффект Керра в нанокомпозитах Co_x(CoO)_1−x

Цели. Целью работы является получение и исследование спектров магнитооптического экваториального эффекта Керра (ЭЭК) в нанокомпозитах Co_x(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. 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. 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. 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.

1. Gan’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.2020.2982849

2. 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

3. 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)01119-8

4. Звездин А.К., Котов В.А. Магнитооптика тонких пленок. М.: Наука; 1988. 192 с.

5. 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/nano11071666

6. Юрасов 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.html

7. Blinov 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.102.064413

8. Domashevskaya 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/S1063783419020112

9. 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. 2023;164(4):662–672. https://doi.org/10.31857/S0044451023100188

10. 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-2020-8-5-68-77

11. Алешников 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.

12. 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.2023.171154

13. Фадеев 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/S0367676519070159

14. 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.

15. 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/10.1063/1.120616