Файл: Физика магнитных диэлектриков..pdf

который будет определяться только удельным ЭФ без вме­ шательства двупреломления.

Не останавливаясь на деталях, укажем здесь на фунда­ ментальное исследование магнитооптических свойств фер­ ритов со структурой граната и ортоферритов в ультрафио­ летовой области спектра, выполненное методом полярного эффекта Керра [431.

Оптические явления в галогенидах хрома

Галогениды трехвалентного хрома имеют об­ щую формулу СгХ3, где X =С1, Br, I. СгС13 и СгВг3 кристал­ лизуются ниже примерно 238 и 400° К соответственно в структуре С3і, возможная кристаллографическая группа СгІ3 также С3;. Характерной чертой этой структуры яв­ ляются ковалентно-связанные «сэндвичи», в которых гек­ сагональная сетка ионов хрома лежит между двумя сло­ ями с плотной упаковкой из ионов галогенов. Каждый ион хрома находится в центре почти правильного октаэдра из шести ионов галогена. Точечная симметрия окружения хрома есть С3, но тем не менее кубический член является преобладающим в потенциале кристаллического поля.

Трибромид и трииодид хрома являются ферромагнети­ ками. Трибромид хрома — метамагнетик, но во внешнем поле в несколько килоэрстед он переходит также в ферро­ магнитное состояние. В табл. 5.9 приводим сводку ре­ зультатов по кристаллографическим и магнитным свойст­ вам этих трех кристаллов [44].

Оптическое поглощение галогенидов хрома дает струк­ туру, характерную для иона трехвалентного хрома в ок^

412

При распространении света вдоль оптической оси кри­ сталла и внешнем магнитном поле в этом же направлении тригалогениды хрома обнаруживают значительный круго­ вой дихроизм, т. е. различное поглощение для света с пра­ вой и левой кругойой поляризацией. МКД обнаружива­ ется как для некоторых линий поглощения, так и для края поглощения. Край поглощения оказывается значительно смещенным для света различной круговой поляризации: для CrClg смещение крайне мало, около 0, для СгВг3 оно составляет примерно 200 см-1 и дляСгІ3 — около 90 см-1. Это смещение приводит е огромному вращению плоскости поляризации света для этого класса соединений, рекорд­ ные значения для СгВг3 составляют, например, в зеленой области в минимуме поглощения при ѵ =20.000 см-1 около 130 000°/см, на краю^ноглощения наблюдалось враще­ ние ~600 000°/см.

Теоретический анализ ЭФ в трибромиде хрома пока­ зал, что край собственного поглощения можно связать с переносом электрона с орбиты брома на локализованную орбиту хрома. В свою очередь вращение плоскости поля­ ризации света обусловлено расщеплением возбужденных энергетических состояний спин-орбиталышм взаимодей­ ствием, а также тригоиальным кристаллическим полем.

В недавней работе [45] было выполнено детальное ис­ следование дисперсии ЭФ в области полос поглощения,

414

связанных с электронными переходами в Зй3-оболочке иона Сг3+, расщепленной кристаллическим полем в СгС13. Наблюдаемая дисперсия ЭФ в области полос поглощения достаточно сложна и вклады от отдельных линий перекры­ вались. Тем не менее авторам удалось предложить схему уровней, полученную с учетом тригоиального кристал­ лического поля и спин-орбитального взаимодействия, ко­ торая достаточно убедительно объясняет наблюдаемые линии поглощения и дисперсию ЭФ.

Магнитооптические явления

всоединениях двухвалентного европия

Кнастоящему времени наибольшие по абсолют­

X = 0 , S, Se и Те. Большинство этих соединений проявляет ферромагнитное упорядочение, в то же время они явля­ ются полупроводниками. Обменное взаимодействие может оказывать сильное влияние на энергетическую структуру этих кристаллов. Большой практический интерес к соеди­ нениям европия вызван в основном их необычайно боль­ шими магнитооптическими эффектами. Магнитные, элек­ трические и оптические свойства соединений европия де­ тально разобраны в работе [46].

Соединения ЕиХ кристаллизуются в кубической гра­ нецентрированной структуре типа NaCl. Параметры кри­ сталлических решеток вместе с рядом других сведений об этих кристаллах приведены в табл. 5.10.

Т а б л и ц а 5.10

Кристаллографические, магнитные н оптические характеристики халькогенпдов европия

415

С точки зрения магнитных свойств халькогениды ев­

рядоченной области обменное взаимодействие может быть охарактеризовано двумя обменными параметрами J x и /о, отражающими взаимодействие с первой и второй коор­ динационной сферой. При увеличении параметра решетки наблюдается уменьшение обменного взаимодействия по абсолютной величине.

Кристаллы ЕиО п EnS являются типичными ферромаг­ нетиками. В EuSe, где J x — в области температур от 2 .8 ° К до температуры Нееля 4.6—7° К наблюдается аптиферромагнитное упорядочение, но уже в полях порядка 0 . 1 кэ в нем появляется заметная результирующая намаг­ ниченность, а в полях выше 8 кэ магнитные моменты ориен­ тируются по полю. В ЕиТе наблюдается аитиферромагнитное упорядочение.

С точки зрения оптических свойств соединения европия характеризуются экспоненциальным поглощением, на­ чинающимся в видимой области спектра. Край поглощения смещается в сторону больших энергий в ряду от ЕиО к ЕиТе. Интересной особенностью халькогенидных соеди­ нений европия является большой красный сдвиг края по­ глощения при ферромагнитном упорядочении за счет по­ нижения температуры (рис. 5.15) или под действием упо­ рядочивающего магнитного поля (рис. 5.16) [47].

Вблизи края поглощения наблюдаются сильные маг­ нитооптические явления. Положение края поглощения различно для света с правой и левой круговой поляриза­ цией (следствием этого является вращение плоскости поля­ ризации света или ЭФ), а также для света, поляризован­ ного перпендикулярно и параллельно намагниченности (в результате чего возникает линейное двупреломление) [48 ].

Большие магнитооптические явления наблюдаются и при дальнейшем увеличении частоты, где из-за сильного поглощения исследования ведутся в основном на тонких пленках. Эти исследования показали [49], что край по­ глощения представляет собой низкочастотный хвост пер­ вой полосы поглощения Е х (рис. 5.17), максимум которой лежит в интервале энергий от 2.0 до 2.5 эв. Следующий хорошо выраженный максимум Е %лежит в области от 4.0 до 4,7 эв. При увеличении параметра решетки (т. е, при

416

уменьшении кристаллического поля) первый максимум смещается в сторону высоких энергий, а второй — в сто­ рону низких. Такое поведение позволяет связать эти мак­

ких температурах. Эта структура, наиболее вероятно, связана со спин-орбитальным расщеплением t2gи ед состоя­ ний, а при низких температурах и за счет обменного рас­ щепления. Значительно большее разрешение структуры полос может быть обнаружено по спектрам МКД или МЛД, или при изучении фарадеевского вращения и магнитного линейного двупреломлеиия. Все халькогениды характе­ ризуются близкими по общему поведению спектрами МКД, хотя имеются заметные различия в деталях. На рис. 5.18 в качестве примера показан спектр МКД для тонкой пленки ЕпТе на стеклянной подложке [50].

Дисперсионные эффекты, такие как ЭФ и ЭКМ, пред­ ставляют значительный интерес в областях прозрачности кристалла, в частности в видимой и ближней инфракрас-

417