Методы эффективной среды как оптимальные методы моделирования физических свойств наноструктур

В работе рассматриваются различные методы эффективной среды в качестве инструмента для исследования как оптических, так и магнитооптических свойств разных наноструктур, в первую очередь магнитных. В явном виде были получены формулы для нахождения диагональных и недиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости для всех основных приближений эффективной среды. Данные формулы справедливы как для нанокомпозитов, так и для гранулированных сплавов. Обсуждается возможность прогнозирования различных оптических и магнитооптических свойств подобных структур на примере экваториального эффекта Керра, как перспективного бесконтактного метода исследования наноструктур для ферромагнитного нанокомпозита (CoFeZr)_x(MgF₂)_100-x. Обсуждается возможное применение полученных формул. Различные методы эффективной среды открывают перспективы изучать наноструктуры в широкой области значений концентрации металлической (магнитной) компоненты X. В работе отмечается и обсуждается вклад различных механизмов, влияющих на физические свойства подобных структур, особенно в ИК области спектра, где наиболее ярко проявляется квазиклассический размерный эффект. Одним из таких вкладов может служить учёт форм-фактора частиц нанокомпозита и средний размер частиц. В рамках модели Друде-Лоренца анализируется вклад квазиклассического размерного эффекта в диагональные и недиагональные компоненты тензора диэлектрической проницаемости структуры. Решаемая в этой работе задача актуальна, так как в магнитных наноструктурах наблюдаются интересные и важные эффекты, такие как: эффект Керра, аномальное поглощение, гигантское магнетосопротивление, туннельное магнетосопротивление и многие другие. Эти эффекты играют важную роль в устройствах современной электроники, что делает данную работу особенно актуальной.

нанокомпозиты, гранулированные сплавы, методы эффективной среды, квазиклассическое приближение, экваториальный эффект Керра, тензор диэлектрической проницаемости

1. Yashin M.M., Yurasov A.N., Ganshina E.A., Garshin V. V. 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):63-72. https://doi.org/10.18698/1812-3368-2019-5-63-72

2. 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;79(5):052401-1–052401-4. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.052401

3. Vyzulin S.A., Gorobinskii A.V., Kalinin Y.E., Sitnikov A.V., Lebedeva E.V., Syr'ev N.E., Tro-fimenko I.T., Chekrygina Y.I., Shipkova I.G. Ferromagnetic resonance, magnetic properties, and resistivity of (CoFeZr)x(Al2O3)1–x/Si multilayer nanostructures. Bull. Russ. Acad. Sci.: Physics. 2010;74(10):1380-1382. https://doi.org/10.3103/S1062873810100151

4. 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/10.32362/2500316X-2018-6-2-56-66

5. Gan'shina E., Garshin V., Perova N., Zykov G., Aleshnikov А., Kalinin Yu., Sitnikov A. Magnetooptical properties of nanocomposites ferromagnetic-carbon. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2019;(470):135-138. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.11.038

6. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит., 2009. 416 c. ISBN 978-59221-0582-8

7. Sushko M.Y., Kriskiv S.K. Compact group method in the theory of permittivity of heterogeneous systems. Technical Physics. The Russian Journal of Applied Physics. 2009;54(3): 423-427. https://doi.org/10.1134/S1063784209030165

8. Ландау Л., Лифшиц Е. Курс теоретической физики. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматлит, 2016. Т. 8. 656 с.

9. Khanikaev A., Granovsky A., Clerk J. P. Influence of the size distribution of granules and of their attractive interaction on the percolation threshold in granular alloys. Physics of the Solid State. 2002; 44(9): 1611-16123. https://doi.org/10.1134/1.1507232

10. Fadeev E., Blinov M., Garshin V., Tarasov, O., Ganshina E., Prudnikova M., Prudnikov V., Lahderanta E., Rylko, V., Granovsky A. Magnetic Properties of (Со40Fe40B20)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

11. Яшин 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-2019-7-4-92-100

12. 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.

13. Buravtsova V., Ganʼshina E., Lebedeva E., Syrʼev N., Trofimenko I., Vyzulin S., Shipkova I., Phonghirun S., Kalinin Yu., Sitnikov A. The features of TKE and FMR in nanocomposites-semiconductor multilayers. Solid State Phenomena. 2011;168-169:533–536. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.168-169.533

14. Hosseinifar A., Shariaty-Niassar M., Ebrahimi S., Moshref-Javadi M. Synthesis, characterization, and application of partially blocked amine-functionalized magnetic nanoparticles. Langmuir. 2017;33(51):14728-14737. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.7b02093

15. Domashevskaya E. P., Ivkov S. A., Sitnikov A.V., Stognei O. V., Kozakov A. T., Nikol'skii A.V. Influence of the 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):71-29. https://doi.org/10.1134/S1063783419020112