Влияние размерных эффектов и распределения гранул по размерам на оптические и магнитооптические свойства нанокомпозитов

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.

1. Niklasson 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/10.1063/1.333386

2. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит; 2009. 416 c. ISBN 978-5-9221-0582-8

3. Ганьшина 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.

4. 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.

5. 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-2018-6-2-56-66

6. Ландау Л., Лифшиц Е. Теоретическая физика. Т. 8. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматлит; 2017. 661 с. ISBN 978-5-9221-1702-9

7. Granovsky 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.23.382

8. 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

9. Ханикаев 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.

10. 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/10.18698/1812-3368-2019-5-63-72

11. Фадеев 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/S0367676519070159

12. 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.2019.02.47115.211

13. 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/PIERM18080701

14. Ткачева В.Р. Нанокомпозиты – будущее машиностроения. Техника. Технологии. Инженерия. 2016;1:37−40.

15. 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.