Файл: Физика магнитных диэлектриков..pdf

решетках. Это было наглядно продемонстрировано при изу­ чении эффекта Керра [35].

Недавние точные измерения ЭФ в иттриевом ферритегранате показали, что в формуле (5. 91) от температуры зависят не только намагниченности подрешеток, но и ко­ эффициенты перед намагниченностями [36]. Зависимость удельных вкладов от температуры невелика и может быть связана с изменением параметров кристаллического поля, интенсивностей переходов, сдвига полос с температурой.

Т а б л и ц а 5.7

Удельное вращение плоскости поляризации света (оСф, град./см) при комнатной температуре в кристаллах ферритов-гранатов типа Y3_xBixFe50 12 [33]

Магнитооптика ферритов со структурой шпинели и гексаферрнта

Оптические исследования показали, что фер­ риты со структурой шпинели обладают значительно мень­ шей прозрачностью в инфракрасной и видимой областях спектра, чем ферримагнитиые гранаты или ортоферриты. Было найдено, что ферриты-шпинели Li0 5Fe2 50 4, MgFe20 4 MgFe2_a.Ala;04 (л:.=0—КО.5), CdFe20 4 и ZnFe2Ö4 имеют до­ статочную прозрачность для контроля кристаллов на длине волны в ближней инфракрасной области. В то же

сильно связана с условиями синтеза и чистотой исходных материалов.

Измерения оптического поглощения и ЭФ в видимой области спектра удалось выполнить на топких пленках

NiFe20 4 и CoFe20 4 [38].

406

Недавние исследования поглощения в литиевом, иикелиевом и магниевом ферритах-шпинелях показали, что они обладают хорошей прозрачностью в диапазоне 1 — 8 мкм [391. Для MgFe20.i при 5 міш коэффициент погло­ щения составил а —-4 см-1. Дисперсия ЭФ для ближней инфракрасной области в литиевой и магниевой шпинелях показана на рис. 5.10, где для сравнения приведена также дисперсия ЭФ в иттриевом феррите-гранате. Рас­ четные кривые были получены из предположения, что наблю­ даемое вращение связано с час­ тотно-независимым вкладом (рн от магнитного резонанса.

а

и дисперсионным вкладом шэ от электронных переходов в окта­ эдрических и тетраэдрических

Рис. 5.10. Дисперсия ЭФ в ферритах со структурой шпинели.

Д ля сравнения приведена дисперсия в пттрневсш феррите-гранате.

ионах Fe3+, который вдали от резонанса можно предста­ вить, как

В этих формулах п — показатель преломления, ga — фактор ионов подрешеток, Ма — намагниченности подрешеток (в гауссах), X— длина волны. В свою очередь К можно представить в виде

что позволяет выделить вклад во вращение от двух подрешеток.

Большой интерес могут представить исследования фер­ ромагнитных шпинелей, синтезированных на основе серы и селена. Хотя замещение кислорода на серу или селен приводит к смещению коротковолнового края поглощения за счет электронных переходов в сторону длинных волн, в ту же сторону смещается и длинноволновый край погло-

27* 407

щения, связанный с колебаниями решетки. В работе [40] даны результаты по измерению ЭФ и поглощения в ферро­ магнитной шпинели CclCr2Se4 (TG=130° К), которые при­ ведены на рис. 5.11. Коэффициент поглощения в области 6—17 мкм составляет 15 см“1. В этой области прозрачности

40

3 0

го В

10 У

О

Рис. 5.11. Дисперсия ЭФ (аэ + ам) и коэффициента поглощения а в ферромагнитной шпинели CdCr2Se4.

Гс =130° К , а и — частотно-независимое мапштпое вращеппе (расчет).

кристалл обладает сравнительно большим вращением плос­ кости поляризации. На длине волны А=10.6 мкм сс,|,==

=100 град./см, при длинах воли, больших 14 мкм, аф= =150 град./см и не зависит от частоты.

Гексагональные ферриты BaFe120 19 и Ba2Zn2Fe120 22 обнаруживают примерно такое же поглощение и ЭФ в ближней инфракрасной области, что и ферриты-шпи­ нели. При длинах волн, меньших 2 мкм, ЭФ в этих двух со­ ставах оказался разного знака [39].

ЭФ в ортоферритах

Ортоферриты представляют собой большую группу магнитных кристаллов с общей формулой RFe03, где R обозначает трехвалентный ион иттрия или редко­ земельного элемента. Ортоферриты кристаллизуются в ис­ каженной структуре перовскита, описываемой простран-

408

ствепной группой DJJ?. В этой структуре в отличие от гра­ натов и шпинелей трехвалентные ионы железа занимают только октаэдрические позиции, что зачастую может зна­ чительно облегчить теоретический анализ эксперимен­ тальных результатов. В элементарной ячейке ортоферри­ тов содержатся четыре формульные единицы и, строго говоря, магнитная структура даже иттриевого ортоферрита должна содержать четыре иона железа в ячейке. Однако для упрощения обычно рассматривается двухподрешеточная модель.

При равновесной ориентации спины подрешеток могут быть направлены вдоль трех осей а, Ь, с ромбической ячейки. Ориентация спинов вдоль осей а я с сопровожда­ ется появлением слабого ферромагнитного момента вдоль осей с я а соответственно; при ориентации спинов по оси Ъ магнитная структура является чисто антиферромагнит­ ной и слабый ферромагнетизм запрещен по соображениям симметрии.

Сложная кристаллографическая структура ортоферри­ тов приводит к разнообразному поведению с температурой констант анизотропии и спонтанной намагниченности, в частности возможно изменение равновесной ориентации спинов от одной оси к другой при изменении температуры или во внешнем магнитном поле.

В оптическом отношении ортоферриты являются двух­ осными кристаллами и при их исследовании возникает проблема изучения линейных или квадратичных магнито­ оптических эффектов на фоне большого естественного двупреломления. Результаты в этом случае удобно описать параметрами [11]

Ѳ — удельное фарадеевское вращение, §=к+—к_ (к+, к_ — волновые вектора двух' эллиптически поляризованных волн). Теоретическое обоснование для введения этих па­ раметров было рассмотрено выше в § 5.

Оптические исследования ортоферритов проводились в работах [41—43]. Результаты измерения кристаллогра­ фического двупреломления р в редкоземельных ортофер­ ритах показаны на рис. 5.12 [41]. Для всех кристаллов приведено двупреломление при распространении света па­

409

раллельно слабому ферромагнитному моменту к||с (для ортоферрита самария к||я).

Результаты измерения х показаны на рис. 5.13, а. Ошибка для X составляла примерно +0.25° и в то же время была значительно меньше для 8. Можно отметить, что эти параметры не сильно меняются в ряду кристаллов, одиако более внимательное рассмотрение показывает, что по мере уменьшения атомного номера редкой земли наблюдается уменынение^двупреломлеиия и увеличение х-\

Рлс. 5.12. Кристаллографическое двупреломлениѳ в ортоферритах.

С помощью выражений (5.95) можно извлечь из наб­ людаемых результатов удельное фарадеевское вращение. Это извлечение (рпс. 5.13, б) показывает, что для пттриевого и других редкоземельных ортоферритов, за исключе­ нием самариевого, удельный ЭФ в указанной области спектра мало меняется для различных кристаллов. По­ следнее, по-видимому, связано с тем, что основной причи­ ной вращения являются ионы трехвалентного железа.

Интересно отметить, что получаемое вращение в об-^ ласти спектра от 0.6 до 1.8 мкм в несколько раз больше, чем ЭФ в ферритах-гранатах, хотя намагниченность ор­ тоферритов примерно на порядок меньше, чем в гранатах. Кроме того, вращение в этих двух типах кристаллов имеет противоположный знак.

Изучение кристаллографического двупреломления по­ зволяет найти положения оптических осей ортоферритов,

410

при распространении света вдоль которых двупреломление отсутствует. В табл. 5.8 дано двупреломление и по­ ложение оптических осей для трех ортоферритов. Исполь­ зуя эти данные, можно приготовить такой срез кристалла,

а

Рис. 5.13. Эффект Фарадея в ортоферритах.

а — измеряемая величина; б — рассчитанное удельное вращение. 1 — среднее

• собственное вращение для Lu, Yb, Tm, E r, Ho, Y, Dy, Tb, Gd, Eu. 2 — соб­ ственное вращение для Sm.

когда двупреломление при распространении света пер­ пендикулярно пластинке равно нулю, а ЭФ определяется проекцией намагниченности на направление распростра­ нения света. Такие измерения позволяют непосредственно получить константы фарадеевского вращения [42]. Ин­ тересно, что в этом случае можно получить наибольший контраст между различно ориентированными доменами,

411