Один из путей повышения быстродействия магнитооптических устройств на базе висмутсодержащих монокристаллических пленок феррит-гранатов состоит в использовании пленок с ромбической магнитной анизотропией [1-5]. Такая магнитная анизотропия, в частности, имеет место, если в состав пленок с ориентацией, отличной от (111), вместе с ионами Bi³⁺ входят ионы Y³⁺ [2, 6-9]. Ромбическая анизотропия обнаружена также в пленках, содержащих дополнительно ионы Gd³⁺ [10,11]. Однако остается неясным, вносят ли ионы Gd³⁺ вклад в анизотропию или же она полностью определяется парой ионов Bi³⁺ и Y³⁺. Поиску ответа на этот вопрос и посвящена настоящая работа. Пленки состава Bi_xGd_3-xFe₅O₁₂ выращивали методом жидкофазной эпитаксии из переохлажденного раствора-расплава на основе PbO-Bi₂O₃-B₂O₃ на подложках Nd₃Ga₅O₁₂ с ориентацией, близкой к (100) и (110). Кристаллографическую ориентацию (угол theta отклонение их плоскости от базисной) контролировали на дифрактометре ДРОН-2.0 с точностью 0.1^o. Рассогласование параметров решеток пленки и подложки delta a/a определяли стандартным методом по кривым качания, измеренным на двукристальном рентгеновском спектрометре. Спектрометр был собран на базе дифрактометра ДРОН-3М и блока монохроматора с использованием совершенного кристалла Ge и отражения (333). Для идентификации пиков от пленки и подложки записывали кривые качания для двух порядков отражений и сравнивали соотношения интенсивностей пиков. Для исследованных пленок наблюдается только один практически не искаженный дифракционный пик. Расчет линейного коэффициента поглощения для пленок состава Bi_xGd_3-xFe₅O₁₂ при 0,5<x<1 дает значение линейного коэффициента поглощения mu~1500 см^-1 для излучения Cu K_alpha. Оценку максимальной толщины пленки h_max, позволяющей проводить запись кривых качания от пленки и подложки, проводили по формуле [12-14] h_max=k(sintheta)/(2mu), (1) где k=4.61 для случая, когда доля интенсивности излучения рассеянного излучения от пленки составляет 99%; для этого случая h_max~7 мкм. Отсутствие второго пика можно трактовать как малую величину рассогласования, не позволяющую разрешить пики пленки и подложки. Верхний предел этого рассогласования можно оценить, приняв его равным половине полуширины наблюдаемой кривой качания Delta theta=20'', что дает delta a/a~8·10^-5. Значения theta и delta a/a приведены в таблице. Учитывая отсутствие рассогласования параметров решеток пленки и подложки по данным табл. 9.4 в [12], определили, что x=0.78. Для оценки намагниченности насыщения 4pi M_s исследованных пленок использовали данные табл. 9.3 в [15]. Полагали, что в системе Bi_xGd_3-xFe₅O₁₂ намагниченность насыщения увеличивается с ростом x по линейному закону от значения, соответствующего Gd₃Fe₅O₁₂, до значения, соответствующего гипотетическому гранату Bi₃Fe₅O₁₂. Намагниченность насыщения для последнего считали такой же, как у Y₃Fe₅O₁₂. Оценка дает 4pi M_s=500 Гс. [!b] #1.#2.#3. height #1pt depth #2pt width #3pt 8.3mm Результаты рентгеновских и резонансных измерений для пленок (Gd, Bi)₃Fe₅O₁₂ l|l|l 12.6.0. Ориентация&(100)&(110) 11.0.0. theta, grad&   2.3&   1.6 delta a/a·10⁴&<0.8&<0.8 H_{in min}, Ое&   3130&   2240 H_{in max}, Ое&   3490&   3330 delta H_min, Ое&   360&   1090 2Delta H_min, Ое&   170&   70 H_n, Ое&   3390&   4300 2Delta H_n, Ое&   170&   70 H_eff, Ое& -207 & -870 [!t] [width=]23323-1.eps Азимутальная зависимость H_in(varphi) резонансного поля при параллельном резонансе для пленок с ориентацией (100). [!tb] [width=]23323-2.eps Азимутальная зависимость H_in(varphi) резонансного поля при параллельном резонансе для пленок с ориентацией (110). Параметры магнитной анизотропии исследовали методом ферромагнитного резонанса на частоте 9.34 ГГц. При этом регистрировали резонансные поля при ориентации внешнего магнитного поля перпендикулярно (H_n, перпендикулярный резонанс) и параллельно (H_in, параллельный резонанс) плоскости пленки, а также соответствующие значения ширины линии резонанса 2Delta H_n и 2Delta H_in. Для определения анизотропии в плоскости пленки регистрировали азимутальные зависимости H_in(varphi) при параллельном резонансе. Результаты измерений приведены в таблице, где H_{in min} и H_{in max} - минимальное и максимальное значения резонансного поля при параллельном резонансе соответственно, delta H_in - разность этих значений. Поскольку исследуемые пленки не содержат быстрорелаксирующих магнитных ионов, а гиромагнитное отношение медленнорелаксирующих ионов Gd³⁺ и Fe³⁺ одинаково и составляет gamma₀=1.76·10⁷ Ое^-1· c^-1, то и для феррит-граната в соответствии с формулой Уангснесса [1,16] gamma=(M_Gd+M_Fe)/(M_Gd /gamma_Gd+M_Fe/gamma_Fe), (2) эффективное значение гиромагнитного отношения gamma равно gamma₀. Здесь M_Gd - суммарный магнитный момент ионов Gd³⁺ в додекаэдрической подрешетке структуры граната, M_Fe - суммарный магнитный момент ионов Fe³⁺ в тетра- и октаэдрической подрешетках. Это обстоятельство позволяет в отличие от [17,18] определить эффективное поле магнитной анизотропии H_eff только по данным перпендикулярного резонанса, для которого резонансное соотношение можно записать как omega/gamma=H_eff+H_n, (3) где omega - круговая частота ферромагнитного резонанса. Тот факт, что ионы Gd³⁺ и Fe³⁺ в динамике ведут себя одинаково, подтверждается результатами исследований вблизи точки компенсации момента импульса [5,18,19]. В частности, при введении ионов Gd³⁺ в состав пленки уровень замещения железа немагнитными ионами, необходимый для обеспечения компенсации момента импульса, снижается. Значения H_eff приведены в таблице. Типичные зависимости H_in(varphi) для пленок с ориентацией (100) и (110) приведены на рис. 1 и 2 соответственно, где на вставках показано расположение кристаллографических осей в плоскости пленки. Видно, что для пленок с ориентацией (100) наличие четырех эквидистантных максимумов на кривой H_in(varphi) (рис. 1) отражает кристаллографическую анизотропию пленки, а их положение соответствует осям типа (100). При этом значение delta H_in относительно невелико (см. таблицу). В пленках с ориентацией (110) по сравнению с ориентацией (100) магнитная анизотропия в плоскости пленки выше более чем в 3 раза (ср. значения delta H_in в таблице). При этом на азимутальной зависимости резонансного поля при параллельном резонансе (рис. 2) наблюдается только два пика, что характерно для пленок с ромбической магнитной анизотропией. Сравнение приведенной выше оценки 4pi M_s и приведенных в таблице значений H_eff позволяет заключить, что основной вклад в эффективное поле магнитной анизотропии вносят поля размагничивания. Таким образом, в настоящей работе показано, что в пленках феррит-гранатов с ориентацией (110), содержащих в додекаэдрической подрешетке только ионы Gd³⁺ и Bi³⁺, в процессе эпитаксиального роста наводится ромбическая магнитная анизотропия.

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.