🗊Презентация Квадратичные эффекты отражения в ферромагнетиках

Лекция 4 Квадратичные эффекты отражения в ферромагнетиках

Микроскопические вычисления (также, как экспериментальные исследования) магнитооптических эффектов показали, что для кубических кристаллов все рассмотренные выше эффекты в первом приближении изотропны по намагниченности, то есть они не зависят от ориентации E and M по отношению к кристаллографическим осям. Анизотропия МОЭ появляется при учете более высоких порядков по намагниченности.

Квадратичные эффекты отражения в ферромагнетиках Мы уже знаем, что введение магнитооптического параметра Q=ε’/ε позволяет описать все линейные эффекты, для описания квадратичных эффектов достаточно ввести второй магнитооптический параметр f , который определяет изменения при намагничивании диагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости. ε(М)= ε0+ ε0 (1+fQ2)

Квадратичные эффекты отражения в ферромагнетиках

Квадратичные эффекты отражения в ферромагнетиках

Квадратичные эффекты отражения в ферромагнетиках

Квадратичные эффекты отражения в ферромагнетиках

Ориентационный магнитооптический эффект

Ориентационный магнитооптический эффект

Ориентационный магнитооптический эффект

Анизотропия МОЭ Влияние вклада от членов третьего порядка по намагниченности в (M) на анизотропию полярного эффекта Керра для монокристалла железа изучалось в работе of A.V. Petukhov, et.al (J. Apll. Phys. 83, N11 (1998) 6742),

Эксперимент

Эксперимент

The magneto-optical methods of the investigation of ferromagnetic materials have advantages in the comparison with optical those. The magneto-optical methods of the investigation of ferromagnetic materials have advantages in the comparison with optical those. At the first, they are sensitive to a spin sign. As a result, one can determine the energy band in which observed transitions exist. At the second, magneto-optical effects are differential (modulation) methods. As a result, these methods are more sensitive at the determination of characteristic frequencies in comparison with static those (up to 2-3 order).

What near-surface layer of a ferromagnetic sample can be studied by using magneto-optical methods? According to phenomenological theory, magneto-optical effects in reflected light are sensitive to the magnetization up to a certain depth range below the surface of ferromagnetic. tPen=   4k, (13) where  is a wave length of incident light, k is an absorption coefficient of media.

In 1992 year, computer calculations of magneto-optical effects were performed by G. Traeger, L. Wenzel, A. Hubert (Phys. Stat. Sol. 131 (1992) 201). It was shown that a magneto-optical response (MOR) of magnetic films increases linearly with enlarging its thickness tMF but MOR has a constant value beginning with some critical magnitude of tMF = tcr. This thickness was called “the information depth of a magneto-optical signal” tInf . It was proved that the value of tInf and tPen can be distinguishing. In the case of weak-absorbing media:   tInf   / 8n (14) n is a refraction index.  

Spectral dependence of TKE, (), obtained for Fe/20nm Ti thin film structures with the different thickness of the Fe- layer.

Dependence TKE on the Fe-layer thickness, (tFe), obtained for Fe/20nm Ti thin-film structures at  = 1.7 eV and  = 3.4эВ. tinf ≈ 21 and 23 nm at ħω=3.4 and 1.7 eV, respectively.

The main application of magneto-optical effects in physics of magneto- ordered crystals is the investigation of energy spectra of magneto-active ions in ferromagnetic materials and also the study of electronic structure of ferromagnetic transition metals (Ni, Fe and Co). The inter-zone intervals between energy levels, intervals between zones and also exchange and spin-orbital splitting of levels are found in the infrared, visible and ultra-violet light range. As a result, magneto-optical methods are effective to study the main interactions, causing ferromagnetism.

The experimentally obtained spectral dependencies of different magneto-optical effects (ћ) allow to calculate dispersion dependencies of the off-diagonal components of the dielectric permeability tensor . The experimentally obtained spectral dependencies of different magneto-optical effects (ћ) allow to calculate dispersion dependencies of the off-diagonal components of the dielectric permeability tensor . The discovered peculiarities on those have been compared with the calculated energy spectra of crystal and the expected intervals in electronic structure have been determined.

Эффект Зеемана в обменном поле

Но сначала рассмотрим как появляется дисперсия основных параметров ε, µ, σ в классической электронной теории

Оптические свойства металлов в модели свободных электронов (модель Друде-Зинера)

Основные положения теории Друде 1- электроны в металле можно рассматривать , как электронный газ, движущийся между ионами кристаллической решетки 2- эти электроны находятся в тепловом равновесии с ионами металла 3- При наложении поля электроны получают ускорение в направлении поля и к беспорядочному тепловому движению добавляется направленное ускоренное движение электронов, которое и обуславливает электрический ток 4- Существование у металлов электрического сопротивления указывает на наличие соударений электронов с ионами решетки. Если бы соударений не было, то электрон мог отбирать энергию от электрического поля неограниченно и имел бы бесконечную длину свободного пробега

Оказалось, что совпадение между экспериментальными и теоретическими значениями в этой области частот можно существенно улучшить путем замены m эффективной массой m*. Степень этих изменений для некоторых металлов приведена в таблице 3. Оказалось, что совпадение между экспериментальными и теоретическими значениями в этой области частот можно существенно улучшить путем замены m эффективной массой m*. Степень этих изменений для некоторых металлов приведена в таблице 3.

Spectral dependence of TKE obtained for Fe/Pt bilayer samples with tFe = 2.5 nm and different thickness of Pt-layer.