• Магнитооптическая и оптическая и спектроскопия новых материалов, наноструктур и нанокомпозитов с магнитным упорядочением
  
  

  Магнитооптическая спектроскопия - эффективный метод диагностики и изучения магнитных материалов, позволяющий регистрировать возникновение ферромагнетизма, получать информацию о деталях электронного спектра, выявлять магнитную структуру и наличие вторичных магнитных фаз. Мы используем магнитооптическую спектроскопию для изучения перспективных материалов спинтроники – разбавленных ферромагнитных полупроводников (РФП) с целью получения высококачественных материалов с собственным высокотемпературным ферромагнетизмом. Тонкие слои этих материалов формируют внедрением высоких концентраций атомов переходных металлов в матрицу традиционных полупроводников при неравновесных условиях роста. Высокая чувствительность магнитооптической спектроскопии позволяет исключать ошибки, часто возникающие при использовании интегральных методов исследований, так как в процессе роста в слоях могут формироваться наноразмерные включения вторичных магнитных фаз. Для контроля состава слоёв и кристаллического качества полупроводниковой матрицы РФП мы используем также методы спектральной эллипсометрии.

  Измерительный магнитооптический стенд (не показан электромагнит)

  Юстировка оптических элементов экспериментальной установки

  Оборудование

  Автоматизированная установка для регистрации спектров магнитного кругового дихроизма в геометрии полярного эффекта Керра в диапазоне λ = 360 – 800 нм. Основные компоненты установки: источник света и монохроматор SPM-2; фотоупругий модулятор состояния поляризации PEM-100 (с частотой фазовой модуляции f = 50 кГц); поляризационная призма ГланаТейлора; ФЭУ Hamamatsu R374; цифровой синхронный усилитель SR830; фазочувствительный нановольтметр UNIPAN 232; цифровой мультиметр Keithley 2000; электромагнит; криостат. Наряду со спектрами магнитного кругового дихроизма измеряются магнитополевые и температурные зависимости сигнала на фиксированных длинах волн (магнитное поле H до 5 кЭ, температурный диапазон Т = 80 – 300 К).

• Исследованы спектральные, температурные, магнитополевые и ориентационные зависимости экваториального эффекта Керра (ЭЭК) слоев InFeAs, полученных имплантацией ионов Fe и последующим плавлением лазерным импульсом. Установлено, что при низкой энергии импульса (W = 0.1 Дж/см²) формируются слои, в слабо легированной InAs-матрице которых содержатся ферромагнитные (ФМ) нанокластеры (In,Fe)As с температурой Кюри ТС ≈ 180 К, при этом вторичные магнитные фазы отсутствуют. Слои, полученные при энергиях лазерного импульса W = 0,15–0,4 Дж/см2, наряду с распределенными в объеме ФМ нанокластерами (In,Fe)As, содержат малое количество невзаимодействующих частиц железа, которые существенно влияют на магнитные и магнитооптические свойства. Анизотропия магнитооптических спектров этих слоев свидетельствует о диффузии Fe из областей формирования кристаллографически ориентированных нанокластеров (In,Fe)As, приводящей к образованию ориентированных наночастиц железа вблизи или на поверхности слоёв.

  (а) Спектры ЭЭК образца (In,Fe)As, полученного при W = 0,1 Дж/см2, для двух ориентаций магнитного поля. T = 20 K, Н = 280 кА/м. Штриховыми линиями показаны энергии переходов E1 и E1 + Δ1 в InAs при Т = 22 К. На вставке – зависимость δ(T) для E = 1,81 эВ. (б) Спектры ЭЭК образца, полученного при W = 0,2 Дж/см2, для ориентаций 1 и 2 поля H при T = 50 и 300 K. Кривая без символов – спектр сравнения пленки Fe в относительных единицах. (в) Зависимость δ(T) второго образца, E = 1,97 эВ.

  Публикации:
  
  • E. A. Gan’shina, Z. E. Kun’kova, I. M. Pripechenkov, and Yu. V. Markin Magneto-Optical Probing of the Magnetic State and Phase Composition of InFeAs Layers // Physics of Metals and Metallography. – 2022. – Vol. 123. – No. 11. – P.1098 – P.1104.

• Изучена зависимость магнитооптических и оптических свойств разбавленных ферромагнитных полупроводников (РФП) In_1-xMn_xAs (x = 0,019 - 0,105), полученных ионной имплантацией и импульсным лазерным плавлением, от концентрации Mn. Обнаружен сильный магнитооптический отклик при низких температурах, спектр которого подтвердил отсутствие вторичных магнитных фаз и собственную природу ферромагнетизма. Температурные и магнитополевые зависимости магнитооптического сигнала свидетельствуют о сосуществовании ферромагнитных нанообластей с различными температурами Кюри в исследованном диапазоне концентраций Mn. Немонотонная зависимость величины магнитооптического сигнала от концентрации Mn (уменьшение при x = 0,105) объяснена снижением оптического качества слоёв и концентрационным насыщением намагниченности из-за эффекта самокомпенсации.

  Спектры ЭЭК слоев In1-xMnxAs (образцы 1 – 4) при T = 17 K. Штриховыми линиями показаны энергии переходов в критических точках InAs, T = 22 K. На вставке - увеличенное изображение структуры, связанной с оптическими переходами вблизи точки L InAs

  Публикации:
  
  • Elena Alexandrovna Gan’shina; Leonard Leonidovich Golik; Zoya Eduardovna Kun’kova; Georgy Sergeevich Zykov; Д Ivanovich Rukovishnikov, Yuri Vasil’evich Markin, Magnetic inhomogeneity manifestations in the magneto-optical spectra of (In-Mn)As layers // IEEE Magnetics Letters, - 2020. Vol. 11, 2502105.

• Исследованы спектральные и температурные зависимости ЭЭК слоев GaMnAs, полученных разными методами. Установлено, что слои, сформированные импульсным лазерным распылением при температуре подложки 300°С, демонстрируют ферромагнитное поведение ниже 80 K, которое обусловлено присутствием в парамагнитной матрице локальных ферромагнитных областей (Ga,Mn)As. В слоях Ga(In)MnAs, полученных ионной имплантацией с последующим импульсным лазерным отжигом, обнаружен сильный низкотемпературный магнитооптический отклик. Присутствие в спектрах характеристической полосы в области переходов в точке L Ga(In)As подтверждает собственную природу ферромагнетизма. Температурные зависимости ЭЭК, измеренные в разных областях спектра, демонстрируют сложное немонотонное поведение, свидетельствующее о магнитной неоднородности слоев. Особенности, ранее не наблюдавшиеся в магнитооптических спектрах GaMnAs, объяснены с учетом магнитной и фазовой неоднородности слоев. Продемонстрирована высокая чувствительность магнитооптической спектроскопии к фазовой неоднородности слоев Ga(In)MnAs и её эффективность при изучении электронного спектра и магнитной структуры РФП.

  Спектры ЭЭК образцов GaMnAs No. 1, 3 и 4, сформированных в разных режимах импульсного лазерного распыления. Рисунок демонстрирует трансформацию спектров - переход от формы, связанной с присутствием включений фазы MnAs, к форме, обусловленной РФП (Ga,Mn)As.

  Публикации:
  
  • Gan’shina E.A., Golik L.L., Kun’kova Z.E., Zykov G.S., Rukovishnikov A.I., Markin Yu.V. Magneto-Optical Detection of the Intrinsic Ferromagnetism and Phase Separation in Diluted Magnetic Semiconductors // Physics of Metals and Metallography. – 2020. – Vol. 121. – No. 3. – P.235 – P.241.
  • Е.А. Ганьшина, Л.Л. Голик, З.Э. Кунькова, Г.С. Зыков, А.И. Руковишников, Ю.В. Маркин, Магнитооптическое детектирование собственного ферромагнетизма и фазового разделения в разбавленных магнитных полупроводниках, Физика металлов и металловедение, 2020, том 121, № 3, с. 270–276.

Исследования выполняются в сотрудничестве с МГУ им. Ломоносова и ННГУ им. Лобачевского.

Информация о лаборатории доступна также на сайте Фрязинского филиала ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН