Исследование нелинейных магнито-оптических эффектов на второй гармонике в ферромагнетиках методом функций Грина

• Автор: Еремин, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 137 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО МАГНЕТИЗМА

МЕТОДАМИ НЕЛИНЕЙНОЙ ОПТИКИ

§1.1. Исследование электронной и магнитной

структуры поверхностей

§ 1.2. Нелинейная поляризация и

восприимчивость

§ 1.3. Методы теоретического исследования

магнито-оптических эффектов

ГЛАВА II. НЕЛИНЕЙНЫЕ МАГНИТО ОПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ПОЛЯРНОЙ ГЕОМЕТРИИ
§ 2.1. Нелинейный полярный эффект Керра в полубесконечной
магнитной среде
§ 2.2. Новый нелинейный интенсивностный эффект
в полярной геометрии
§ 2.3. Эффекты Керра и Фарадея при нелинейном взаимодействии в пленке с полярной
намагниченностью
ГЛАВА III. НЕЛИНЕЙНЫЕ МАГНИТО ОПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В МЕРИДИОНАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ § 3.1. Нелинейный меридиональный эффект Керра в
полубесконечной магнитной среде
§ 3.2. Новый нелинейный интенсивностный эффект
в меридиональной геометрии
§ 3.3. Нелинейные эффекты Керра и Фарадея в пленке
с меридиональной намагниченностью

ГЛАВА IV. НЕЛИНЕЙНЫЕ МАГНИТО ОПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ЭКВАТОРИАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ
§4.1. Метод электродинамических функций Грина
§ 4.2. Относительное изменение интенсивности и вращение плоскости поляризации
в экваториальной геометрии
§ 4.3. Нелинейные экваториальные магнито-оптические эффекты в геометрии на отражение
и на прохождение
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Низкоразмерные магнитные структуры стали в последнее время объектом пристального внимания в связи с тем, что они проявляют такие свойства, которые отсутствуют в объемном магнетизме, например, увеличение или уменьшение моментов [1], осциллирующее обменное взаимодействие через немагнитные среды [2, 3, 4], гигантское магнетосопротивление [5, 6] и спин-поляризованные квантовые ямы [7, 8]. Кроме того, в прикладном плане их исследование становится важным из-за тенденций современной электроники к миниатюризации, при которой поверхности и интерфейсы становятся рабочими элементами.
Нелинейные магнито-оптические эффекты на второй гармонике являются идеальным инструментом для исследования поверхностного магнетизма в материалах с центром инверсии. Это связано с тем, что в центросимметричных материалах, а таковыми являются большинство из известных ферромагнетиков (Р'е, Со, Ж, СеЖ и т. д.), генерация второй гармоники запрещена в объеме материалов и происходит лишь с поверхностей и интерфейсов, где инверсионная симметрия нарушается. Линейные магнитооптические эффекты могут быть использованы для исследования магнитных свойств поверхности в случае, когда намагниченность поверхности отлична от нуля и исчезает в объеме. Однако лишь эффекты на второй гармонике в состоянии исследовать внутренние интерфейсы в многослойных структурах с чередующимися магнитными и немагнитными слоями, они значительно больше по величине аналогичных линейных эффектов и позволяют проводить исследование с высоким пространственным и временным разрешением, не разрушая исследуемое состояние.
Для успешного изучения поверхностных свойств магнетиков необходимо измеряемые в экспериментах параметры нелинейных магнитооптических эффектов (угол вращения плоскости поляризации, эллиптичность и др.) связать с характеристиками поверхности. Выявить такую связь должна

наблюдается линейная зависимость для Ре. Восприимчивость растет наиболее быстро при больших М (соответствующих поверхностям), так как объявленные уровни пересекают поверхность Ферми [59].
Тензор нелинейной диэлектрической восприимчивости рассчитывается методами квантовой механики
хШ2У>2со>м)=

е2С Я,

к + 2ц,/"ог|/[к/а')(к/сг|у|к + ц,/'<х){к/сг)т(к + 2q,/"cг) х
Ж+2Ч,Г„ ) - Ж+Ч/. ) ) - Ж. )
Ек+2%г<7 - Ек+ч,Га ~Псо + Шах Ек+%г<7 - Еш - Псо + /7ш,
Е1+2ц,гсг ЕЫа 2% со + ИТга
(1.31)
Здесь ЕЫа -энергия электронных уровней, найденная из расчетов полосатой структуры, klaj к + ц,/'сг) - матричные элементы перехода, контролирующие симметрию и, таким образом, чувствительность интерфейса. Магнито-дипольные эффекты незначительны, если электро-дипольный вклад не исчезает. Л1а - константа спин-орбитального взаимодействия- ключевой параметр для нелинейной магнито-оптики. В частности, при определении эффекта Керра он необходим для разложения '/2) на нечетный и четный вклады = /^(м)+^^(м2). При расчетах в тонких пленках используется С = ^Кк+2чг(т^к+ч,/'с7^Ы<т» где означает вес плотности состояния |к/сг) в ячейке
Вигнера-Зейтца первого монослоя. Заметим, что благодаря фактору С ГВГ всегда происходит из поверхностного слоя или слоя на интерфейсе, однако электронная структура этого слоя зависит от толщины пленки [10, 60].