Фотоупругая и ростовая оптическая анизотропия эпитаксиальных пленок редкоземельных ферритов-гранатов

Изучение тензора диэлектрической проницаемости в многокомпонентных редкоземельных ферритах-гранатах. Рассмотрение процессов деформации и ростовой анизотропии кристалла. Распространение света в эпитаксиальных пленках редкоземельных ферритов-гранатов.

Рубрика Физика и энергетика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 20.09.2018
Размер файла 218,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http: //www. allbest. ru/

ООО «Центр микроэлектроники и специальной техники», г. Ташкент, Республика Узбекистан

Фотоупругая и ростовая оптическая анизотропия эпитаксиальных пленок редкоземельных ферритов-гранатов

Очилов О.

Email: Ochilov637@scientifictext.ru

Аннотация

тензор анизотропия редкоземельный эпитаксиальный

Очилов Одил - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник,

Изучен тензор диэлектрической проницаемости в многокомпонентных редкоземельных ферритах-гранатах (РЗФГ). Определены ее вклады, связанные с неоднородностью состава по толщине и с нестатистическим распределением ионов разных размеров по кристаллографическим позициям, определен вид тензора в области окна прозрачности гранатов с учетом деформаций и ростовой анизотропии кристалла.

Рассмотрены по отдельности эффекты оптической анизотропии, возникающие при распространении света в эпитаксиальных пленках РЗФГ вследствие спонтанной намагниченности, несоответствия постоянных решеток пленки и подложки, неоднородности кристаллической структуры по толщине пленки.

Ключевые слова: редкоземельные ферриты-гранаты, эпитаксиальные пленки, кристаллическая структура, фотоупругая и ростовая анизотропия, тензор диэлектрической проницаемости.

Abstract

PHOTOELASTIC AND GROWTH OPTICAL ANISOTROPY OF EPITAXIAL FILMS OF RARE-EARTH FERRITE-GARNETS

Ochilov O.

Ochilov Odil - PhD physics-mathematical sciences, Senior Research Associate,

LTD «CENTER OF MICROELECTRONICS AND SPECIAL EQUIPMENT», TASHKENT, REPUBLIC OF UZBEKISTAN

It is studied a tensor of dielectric permeability in multicomponent rare-earth ferrite-garnets(REFG). Her deposits connected with heterogeneity of structure on thickness and with not statistical distribution of ions of the different sizes on crystallographic positions are defined, the type of a tensor by in the field of a window of transparency of pomegranates taking into account deformations and growth anisotropy of a crystal is determined the effects of optical anisotropy arising at distribution of light in epitaxial films of REFG owing to spontaneous magnetization, discrepancy of constant lattices of a film and a substrate, heterogeneity of crystal structure on film thickness are considered separately.

Keywords: rare-earth ferrite of a grenade, epitaxial films, crystal structure, photoelastic and growth anisotropy, tensor of dielectric permeability.

Эпитаксиальные монокристаллические пленки редкоземельных гранатов (РЗФГ) являются материальной базой современных магнитооптических (МО) устройств самого разнообразного назначения: для записи и хранения информации; быстродействующих принтеров; управляемых транспарантов, вентилей; дефлекторов и переключателей систем интегральной и волоконной оптики; датчиков различных физических полей и т.п.

В связи с этим в настоящей работе остановимся на некоторых проблемах распространения света в тонких пленках РЗФГ с учетом их оптической анизотропии. Рассмотрение этой проблемы особенно актуально с точки зрения практических разработок МО элементов интегральной оптики и систем оптической связи, использующих волноводные свойства пленок РЗФГ[1-3, 190, 320, 193]. Тензор диэлектрической проницаемости.

Поскольку эпитаксиальные пленки РЗФГ обычно находятся в напряженном состоянии, вызванном рассогласованием параметров решетки и подложки. А также для многокомпонентных РЗФГ [4-6, 839, 56, 955] существует неоднородность состава по толщине, связанная с нестатистическим распределением ионов разных размеров по кристаллографическим позициям, ниже нас будет интересовать вид тензора в области окна прозрачности гранатов с учетом деформаций и ростовой анизотропии кристалла[6, 839]. Для компонент тензора можно записать

= + - + (1)

где -

изотропный показатель преломления граната, не зависящий от магнитного упорядочения; , компоненты тензора; магнитооптической анизотропии, фотоупругости, деформации и ростовой оптической анизотропии соответственно; , - компоненты вектора М, ,

(1) - компоненты вектора роста. Рассмотрим по отдельности вклад каждого слагаемого в выражении (1) в анизотропию оптические свойств пленок РЗФГ, выращенных на подложках с плоскостями параллельными кристаллографическим плоскостям {100}, {111} и {110}. Исследованию магнитного линейного двупреломления (оптическая анизотропия, наведенная намагниченностью) посвящено достаточно большое количество работ, как с точки зрения теории, так и с точки зрения эксперимента. Эти результаты обобщены во множестве обзорных статей, поэтому здесь нет необходимости рассматривать эти проблемы. Фотоупругость - оптическая анизотропия, наведенная деформацией.

В процессе эпитаксии, если параметры кристаллических решеток РЗФГ и подложки не совпадают, пленка вырастает деформированной. Рассмотрим, как изменится показатель преломления пленки РЗ вследствие деформаций. Для этого еще раз выпишем фотоупругий вклад в тензор в виде:

= (2)

Вид тензора аналогичен виду магнитооптического тензора деформацию разделим на две части: - относительную деформацию в направлении, параллельном плоскости пленки, и (относительную деформацию в направлении, перпендикулярном плоскости пленки, причем

; ,

где и параметры кристаллической решетки пленки в этих двух

направлениях, - параметр решетки РЗФГ в недеформированном состоянии. Будем считать, что пленка формирована до полного соответствия размеров элементарных ячеек пленки и подложки вдоль границы их соприкосновения. С макроскопической точки зрения случай деформации пленки близка к деформации пластины при температурном расширении, когда одна из ее неторевых плоскостей закреплена. Напряжения в такой пластине являются однородными напряжениями растяжения (сжатия), лежащими в плоскости пластины. В этом случае для тензора деформации в (2) имеем-

= Размещено на http: //www. allbest. ru/

== 0, a = =.

Из условия равенства нулю напряжений, перпендикулярных плоскости пленки, находим связь деформаций = с деформацией в плоскости пленки:

,

где для трех интересующих нас случаев ориентации кристаллографических осей параметр h можно записать в виде:

=(2; =2(3+c)(3- +c); =(4+-); =--2 (3)

Здесь- компоненты тензора констант жесткости, связывающего напряжения с деформацией пленки как:

= /

Используя явный вид тензоров и матричного уравнения (2) можно найти изменение значения главных показателей преломления пленки РЗФГ, обусловленные фотоупругостью, для трех случаев ориентации плоскостей пленки:

1) Для света, распространяющегося в плоскости пленки, параллельной {100} величина двупреломления определяется как

=-=( ( -)(1+) (4)

где изменения показателей преломления для двух линейно поляризованных, световых волн, поляризацией соответственно вдоль и перпендикулярно плоскости пленки. Таким образом, величина двупреломления - не зависит от направления распространения света в плоскости пленки, т.е. кристалл становится оптически одноосным с направлением оптической оси, перпендикулярным плоскости пленки.

2) Для света, распространяющегося в плоскости пленки, параллельной {111} двупреломления имеет вид:

(1+ (5)

т.е. в этом случае кристалл также становится практически одноосным, причем его оптическая ось перпендикулярна плоскости пленки.

3) Для света, распространяющегося в плоскости пленки параллельной {110} в случае распространения света вдоль направления[110] двупреломление имеет вид:

(1+ (6)

А вдоль направления [100]

+ (7)

Следовательно, величина двупреломления зависит от направления распространения света, и кристалл из кубического превращается в двуосный.

В заключение этого раздела укажем порядок характерного изменения величины показателя преломления в эпитаксиальных пленок РЗФГ, вызванного деформацией. При относительной деформации : с использованием типичного значения постоянной решетки граната ~12,4 и показателя преломления в недеформированном состоянии получаем для величины двупреломления ~10-4-10-5 (Для сравнения МЛД в РЗФГ при комнатной температуре характеризуется величиной, т.е. сравним с фотоупругим вкладом).

Ростовая оптическая анизотропия

В соответствии с экспериментальными данными для интерпретации результатов исследований двупреломления в многокомпонентных РЗФГ пленках необходимо принимать во внимания, индуцированное ростом понижения симметрии кристалла, связанное с различным распределением одноименных ионов по узлам решетки в разных слоях пленки. Подобная стратификация кристаллической структуры пленки приводит к возникновению зависимости ее показателя преломления от координаты, перпендикулярной поверхности пленки. Вклад этого механизма в оптическую анизотропию описывает последнее слагаемое в выражении (1):

=

Вид тензора аналогичен виду магнитооптического и фотоупругого тензоров, рассмотренных выше.

Следовательно, воздействие ростовой анизотропии формально аналогично действию одноосного напряжения, направленного перпендикулярно поверхности пленки.

То есть появление ростовой анизотропии приведет к дополнительному повороту главных осей тензора диэлектрической проницаемости кристалла относительно фотоупругим и магнитооптическим вкладами в а только изменит величины трех его главных значений.

Поэтому для двупреломления, индуцированного с стратификацией кристаллической структуры пленки сразу же можно записать:

1) для пленки, выращенной на подложке с плоскостью, параллельной {100}

: = 12)

2) для пленки, выращенной на подложке с плоскостью, параллельной {111}:

= (1/2)

3) для пленки, выращенной на подложке с плоскостью, параллельной {110}

: = 1

при распространении света вдоль оси [110] и

=(1(- +) -

при распространении света вдоль оси [110].

Заметим, что вклад ростовой анизотропии в изменении показателя преломления кристалла обычно трудно экспериментально отделить от фотоупругого вклада. Однако, теоретические оценки показывают, для реальных пленок многокомпонентных РЗФГ величина двупреломления, связанного с нестатистическим распределением различных ионов по толщине пленки может достигать 10-6.

Заключение

Мы рассмотрели по отдельности эффекты оптической анизотропии, возникающие при распространении света в эпитаксиальных пленках РЗФГ вследствие спонтанной намагниченности, несоответствия постоянных решеток пленки и подложки, неоднородности кристаллической структуры по толщине пленки. При этом мы не касались вопроса, связанного с взаимозависимостью этих вкладов в тензор диэлектрической проницаемости кристалла . Так спонтанная намагниченность всегда вызывает деформации кристаллической решетки, обусловленные магнитострикцией, а имеющиеся в кристалле упругие напряжения изменяют энергию магнитоупругого взаимодействия и, как следствие - ориентацию спонтанной намагниченности.

Список литературы / References

1. Звездин А.К., Котов В.А. Магнитооптика тонких пленок. М. Наука, 1988. 190 с.

2. Рондошкин ВВ., Червоненкис А.Я. Прикладная магнитооптика. М.. Энергоатомиздат, 1990. 320 с.

3. Чани В.И. Эмпирическое правило распределения компонентов при кристаллизации сложных феррогранатов в раствор-расплавах // ЖТФ, 1986. Т. 56. Вып. 1. С. 193-196.

4. Рандошкин В.В., Чани В.И., Цветкова А.А. Коэффициенты распределения редкоземельных элементов при кристаллизации феррит-гранатов // Письма в ЖТФ, 1987. Т. 13. Вып. 4. С. 839-842.

5. Очилов О., Асилов Т. Кучкарова Ф.М. Методические аспекты исследования температурной зависимости оптического линейного двупреломления Узбекский физический журнал, 1994. № 2. С. 56-59.

6. Ochilov O. Optical anisotropy of iron garnets with growing anisotropy Tr.J. of physics, 1998. 22. С. 955-970.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Магнитооптические и оптические свойства редкоземельных гранатов - галлатов и алюминатов. Спектр оптического поглощения параматнитного граната. Поведение полевых зависимостей зеемановского расщепления линий поглощения. Анализ результатов исследования.

    статья [344,3 K], добавлен 22.06.2015

  • Электронное строение атомов переходных элементов. Физические свойства редкоземельных металлов, их применение. Решение уравнения Шредингера для кристалла. Современные методы расчета зонной структуры. Расчет электрона энергетического спектра неодима.

    дипломная работа [1000,2 K], добавлен 27.08.2012

  • Разделение четырехмерного пространства на физическое время и трехмерное пространство. Постоянство и изотропия скорости света, определение одновременности. Расчет эффекта Саньяка в предположении анизотропии скорости света. Изучение свойств NUT-параметра.

    статья [26,4 K], добавлен 22.06.2015

  • Анализ изменений емкости и диэлектрической проницаемости двухполюсника в зависимости от резонансной частоты, оценка закономерности. Применение измерителя добротности ВМ-560, порядок его калибровки. Построение графиков по результатам проведенных измерений.

    лабораторная работа [426,0 K], добавлен 26.04.2015

  • Разработка периодической структуры из никель-цинковых ферритов маркировки М400НН1, изготовление экспериментальной установки для изучения этой периодической структуры. Исследование время прохождения сигнала (звукового импульса на частоте 1,76 МГц).

    курсовая работа [3,5 M], добавлен 19.12.2013

  • Теория электрической проводимости и методика её измерения. Теория диэлектрической проницаемости и методика её измерения. Экспериментальные исследования электрической проводимости и диэлектрической проницаемости магнитной жидкости.

    курсовая работа [724,5 K], добавлен 10.03.2007

  • Обменная, спонтанная, анизатропная (магнитодипольная и одноионная) магнитострикция. Проблемы использования гигантской магнитострикции редкоземельных магнетиков в прикладных целях. Обратный магнитострикционный эффект. Оценка предельных параметров.

    курсовая работа [3,1 M], добавлен 11.01.2012

  • Устройство и назначение простейшего твердотельного лазера; их изготовление из рубинов, молибдатов, гранатов. Ознакомление с оптическими свойствами кристаллов и особенностями генерации света. Определение энергетических характеристик импульсного лазера.

    реферат [1,5 M], добавлен 12.10.2011

  • Характеристика оптически анизотропных сред, их признаки и структура. Двойное лучепреломление. Методика получения поляризованного света и явление его интерференции. Факторы и условия, влияющие на протекание данных процессов, их значение и обоснование.

    презентация [240,5 K], добавлен 17.01.2014

  • Методы получения монокристаллов. Структурные характеристики материала. Эпитаксиальные методы выращивания слоев GaAs. Особенности процесса молекулярно-лучевой эпитаксии. Строение, физические свойства пленок арсенида галлия и его основное применение.

    презентация [2,8 M], добавлен 26.10.2014

  • Понятие диэлектрической проницаемости как количественной оценки степени поляризации диэлектриков. Зависимость диэлектрической проницаемости газа от радиуса его молекул и их числа в единице объема, жидких неполярных диэлектриков от температуры и частоты.

    презентация [870,1 K], добавлен 28.07.2013

  • Сущность понятий магнетизма, ферромагнетизма, магнитной анизотропии, доменов. Анализ явления гистерезиса в ферромагнетике, перехода из парамагнетика в ферромагнетик и природа ферромагнетизма. Методы исследования тонких ферромагнитных пленок, их сравнение.

    дипломная работа [6,5 M], добавлен 05.11.2009

  • Вращение плоскости поляризации света и естественная циркулярная анизотропия. Дополнительный поворот плоскости поляризации света. Явление намагничивания диэлектриков, помещаемых во вращающееся электрическое поле. Намагничивание изотропной среды.

    курсовая работа [52,0 K], добавлен 13.03.2014

  • Сущность индуктивно-частотного метода измерения магнитной восприимчивости и принцип работы установки "Эталон-1Б". Разработка программного обеспечения для автоматической записи кривых восприимчивости. Калибровка датчика магнитного поля на эффекте Холла.

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 18.06.2015

  • Исследование методами комбинационного рассеяния света ультрананокристаллических алмазных пленок. Влияние мощности лазерного излучения на информативность спектров. Перспективность UNCD пленок как нового наноматериала для применения в электронике.

    курсовая работа [3,9 M], добавлен 30.01.2014

  • Изучение уравнения электромагнитного поля в среде с дисперсией. Частотная дисперсия диэлектрической проницаемости. Соотношение Крамерса–Кронига. Особенности распространения волны в диэлектрике. Свойства энергии магнитного поля в диспергирующей среде.

    реферат [111,5 K], добавлен 20.08.2015

  • Атомная подсистема твердого тела. Анизотропия и симметрия физических, физико-химических, механических свойств кристаллов. Модель идеального кристалла и независимых колебаний атомов в нем. Классическое приближение. Модель Эйнштейна. Энергия решетки.

    презентация [303,4 K], добавлен 22.10.2013

  • Кристаллы в форме нитей и волокон, встречающиеся в природе. Определение инкубационного периода и механизма роста кристаллитов фуллерита в пленках олово – фуллерит. Получение пленок методом термического испарения в вакууме, их гранулированная структура.

    реферат [9,6 M], добавлен 25.06.2010

  • Фотоупругость - следствие зависимости диэлектрической проницаемости вещества от деформации. Волоконно-оптические сенсоры с применением фотоупругости. Фотоупругость и распределение напряжения. Волоконно-оптические датчики на основе эффекта фотоупругости.

    курсовая работа [3,0 M], добавлен 13.12.2010

  • Изучение электропроводности твердых растворов ферритов. Анализ результатов опыта, которые позволяют утверждать, что в исследованных твердых растворах системы CoXMn1-XS реализуются переходы типа металл-диэлектрик как по температуре, так и по концентрации.

    реферат [1,8 M], добавлен 21.06.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.