Вплив світла на індуковані магнітним полем фазові переходи в оксидах марганцю - Автореферат

В дисертаційній роботі приводяться результати дослідження впливу світла на індуковані магнітним полем фазові переходи в двох оксидах марганцю - гранаті та манганіті . Тісний взаємозвязок зарядових, орбітальних, спінових і граткових ступенів вільності приводить до того, що перехід діелектрик-метал або плавлення зарядового упорядкування можна викликати зовнішнім магнітним полем, а перехід з антиферомагнітного (АФМ) до феромагнітного (ФМ) стану - зовнішнім електричним полем. На момент початку роботи над дисертацією в літературі зявилися перші повідомлення про спостереження у манганіті фотоіндукованого фазового переходу, а саме переходу діелектрик-метал, індукованого світлом потужного імпульсного лазера. В звязку з викладеним вище можна визначити, що тема дисертаційної роботи, яка присвячена дослідженню впливу світла на індуковані магнітним полем фазові переходи в оксидах марганцю - гранаті та манганіті, є актуальною. Для досягнення поставленої мети вирішувались наступні задачі: - магнітні, магнітооптичні та візуальні поляризаційні дослідження метамагнітного (ММ) фазового переходу, індукованого магнітним полем у гранаті , визначення полів переходу в опромінених і неопромінених зразках, порівняння одержаних результатів та виявлення впливу світла на фазовий перехід;Проводилися вимірювання польових і температурних залежностей кута повороту еліпса поляризації світла, а також візуальні спостереження двохфазної доменної структури, яка утворювалася в процесі ММ переходу. Перехід з АФМ діелектричного до ФМ металічного стану у плівках манганіту , а також ММ фазовий перехід у гранаті вивчалися магнітометричним методом. Також у першому підрозділі розглянуто двофазну доменну структуру, що утворюється в процесі індукованого магнітним полем фазового переходу з АФМ до ММ стану, та наведені магнітні фазові H-T діаграми граната для випадків, коли магнітне поле орієнтовано вздовж кристалографічних осей і . На малюнку (a) верхня частина зразка (1) була опромінена світлом з поляризацією , а нижня частина (2) - світлом з поляризацією . На малюнку (b) верхня частина (1) була опромінена світлом з поляризацією , нижня (2) - світлом з поляризацією .Виявлено вплив лінійно поляризованого світла на індукований магнітним полем метамагнітний фазовий перехід в АФМ гранаті . Встановлено, що в випадку ( - тетрагональна вісь кристала) опромінювання, в залежності від орієнтації площини поляризації світла відносно кристалографічних осей, може стимулювати або подавляти метамагнітний перехід. За допомогою прецизійних магнітометричних досліджень експериментально виявлено виникнення фотоіндукованого магнітного моменту в гранаті при опромінюванні кристала лінійно поляризованим світлом. Отримані вирази для компонент фотоіндукованого магнітного моменту описують спостережувані у експерименті особливості, а саме залежність величини та напрямку фотоіндукованого моменту від орієнтації площини поляризації світла та протилежну орієнтацію фотоіндукованого магнітного моменту в АФМ станах АФМ и АФМ-. На мікроскопічному рівні виникнення фотоіндукованого магнітного моменту повязується з перерозподілом під впливом лінійно поляризованого світла іонів , які містяться в невеликій кількості в гранаті , між магнітними підґратками кристала (фотоіндукований перенос заряду між іонами та ).

Основний зміст роботи

1. Виявлено вплив лінійно поляризованого світла на індукований магнітним полем метамагнітний фазовий перехід в АФМ гранаті . Встановлено, що в випадку ( - тетрагональна вісь кристала) опромінювання, в залежності від орієнтації площини поляризації світла відносно кристалографічних осей, може стимулювати або подавляти метамагнітний перехід. В випадку опромінювання призводить до зменшення поля фазового переходу з антиферомагнитного до феромагнітного стану, але величина, на яку зменшується поле переходу, залежить від орієнтації площини поляризації відносно кристалографічних осей.

2. За допомогою прецизійних магнітометричних досліджень експериментально виявлено виникнення фотоіндукованого магнітного моменту в гранаті при опромінюванні кристала лінійно поляризованим світлом. Величина і напрямок фотоіндукованого моменту залежать від орієнтації площини поляризації світла відносно кристалографічних осей. В випадку фотоіндукований магнітний момент виявлений тільки в АФМ стані, а в випадку - як в АФМ, так і в метамагнітному стані. Фотоіндукований магнітний момент має протилежну орієнтацію в двох можливих АФМ станах гранату АФМ и АФМ-, які повязані між собою операцію симетрії - інверсія часу.

3. Для двох випадків напрямку розповсюдження світла та орієнтації магнітного поля в гранаті ( та ) в рамках феноменологічного підходу знайдені ненульові компоненти фотоіндукованого магнітного моменту та визначена їх залежність від орієнтації площини поляризації світла відносно кристалографічних осей. Отримані вирази для компонент фотоіндукованого магнітного моменту описують спостережувані у експерименті особливості, а саме залежність величини та напрямку фотоіндукованого моменту від орієнтації площини поляризації світла та протилежну орієнтацію фотоіндукованого магнітного моменту в АФМ станах АФМ и АФМ-. На мікроскопічному рівні виникнення фотоіндукованого магнітного моменту повязується з перерозподілом під впливом лінійно поляризованого світла іонів , які містяться в невеликій кількості в гранаті , між магнітними підґратками кристала (фотоіндукований перенос заряду між іонами та ).

4. В межах феноменологічної моделі отримано вираз для зсуву поля метамагнітного фазового переходу в гранаті під впливом лінійно поляризованого світлового опромінення. Зміна поля переходу під дією світла повязана з виникненням у кристалі фотоіндукованого магнітного моменту. З урахуванням отриманих експериментальних величин фотоіндукованого магнітного моменту проведені оцінки величин зсуву поля метамагнітного фазового переходу під впливом опромінення для двох орієнтацій, що вивчалися та , та отримано задовільний збіг з експериментом.

5. Виявлено, що опромінення плівок манганіту в магнітному полі при низьких температурах T < 50 K стимулює індукований магнітним полем фазовий перехід з антиферомагнитного діелектричного до феромагнітного металічного стану. В опромінених плівках фазовий перехід відбувається при менших величинах магнітного поля порівняно с неопроміненими плівками. Опромінення призводить до зростання намагніченості, та зменшення електричного опору .

6. Встановлено, що фотоіндукований перехід з АФМ діелектричного до ФМ металічного стану в манганіті є незворотнім. Зміни стану манганіту, що викликані опромінюванням, залишаються після вимкнення магнітного поля і проявляються при наступному його введенні в тому ж вигляді, в якому вони спостерігалися після опромінення плівки в магнітному полі. Релаксація фотоіндукованих змін намагніченості та електричного опору при низьких температурах не спостерігається.

7. Експериментально виявлено, що при однакових умовах опромінювання фотоіндукована зміна електричного опору плівок досягає насичення значно швидше, ніж фотоіндукована зміна намагніченості. Ця особливість протікання фотоіндукованого фазового переходу в манганіті повязується з виникненням перколяційного металічного кластера. Після формування перколяційного кластера при подальшому зростанні обєму ФМ металічної фази під дією опромінення електричний опір плівки змінюється несуттєво, тоді як намагніченість продовжує зростати пропорційно обєму ФМ фази.

8. Запропонована модель фотоіндукованого переходу з АФМ діелектричного до ФМ металічного стану в манганіті , що враховує неоднорідний стан кристалу. Відповідно моделі, опромінювання манганіту приводить до утворення нових і зростання існуючих ФМ металічних кластерів всередині АФМ діелектричної фази. Зростання концентрації ФМ металічної фази під дією опромінювання веде до зростання намагніченості і зменшення електричного опору. Таким чином, світло стимулює перехід з АФМ діелектричного до ФМ металічного стану і зміщує його в область менших полів. Механізм впливу світла на стан манганіту може бути повязаний з фотоіндукованим переносом заряду між іонами і . Фотоіндуковані зміни порядку розташування іонів і в кристалічній гратці сприяють руйнуванню зарядового упорядкування, яке має місце в АФМ діелектричній фазі, і переходу манганіту до ФМ металічного стану.

Опубліковані праці здобувача за темою дисертації

1. Бедарев В.А., Гапон В.И., Гнатченко С.Л. Влияние линейно поляризованного светана метамагнитный фазовый переход в гранате // ФНТ. - 1999. - Т. 25, № 1. - С. 38-42.

2. Gnatchenko S.L., Gapon V.I., Jansen A.G.M., Wyder P. Magneto-optical study of the magnetic H-T phase diagram of single crystal // J. Magn. Magn. Mater. - 1999. - Vol. 204, № 3. - P. 171-175.

3. Bedarev V.A., Gapon V.I., Gnatchenko S.L., Baran M., Szymczak R., Desvignes J.-M., Le Gall H. Effect of light illumination on antiferromagnet-metamagnet phase transition in the garnet // ФНТ. - 2002. - Т. 28, № 1. - С. 51-60.

4. Baran M ., Bedarev V.A., Desvignes J.-M., Gapon V.I., Gnatchenko S.L., Le Gall H., Szymczak R. Photoinduced change of metamagnetic phase transition field in the garnet // Europhys. Lett. - 2002. - Vol. 57, № 6. - P. 898-903.

5. Bedarev V.A., Gapon V.I., Gnatchenko S.L., Baran M., Szymczak R., Desvignes J.-M., Le Gall H. Metamagnetic phase transition in photoilluminated garnet // J. Magn. Magn. Mater. - 2003. - Vol. 254-255. - P. 216-218.

6. Aleshkevych P., Baran M., Бедарев В.А., Гапон В.И., Горбенко О.Ю., Гнатченко С.Л., Кауль А.Р., Szymczak R., Szymczak H. Влияние светана фазовый переход антиферромагнитный диэлектрик - ферромагнитный металл в тонких пленках // ФНТ. - 2004. - Т. 30, № 12. - С. 1261-1271.

7. Bedarev V.A., Gapon V.I., Gnatchenko S.L. Effect of light on metamagnetic transition in garnet // Abstracts of "7th European Magnetic Materials and Application Conference". - Zaragosa (Spain). - 1998, - P. Fr-P117.

8. Бедарев В.А., Гапон В.И., Гнатченко С.Л. Влияние светана метамагнитный фазовый переход, индуцированный полем в антиферромагнетике // Тезисы Меджунар. конф. "31 Совещание по физике низких температур". - Москва (Россия). - 1998. - С. 88.

9. Бедарев В.А., Гапон В.И., Гнатченко С.Л. Изменение величины поля метамагнитного фазового перехода в гранате вследствие облучения его поляризованным светом // Тезисы Меджунар. конф. "32 Всероссийское совещание по физике низких температур". - Казань (Россия). - 2000. - C. 125-126.

10. Bedarev V.A., Gapon V.I. Gnatchenko S.L., Baran M., Szymczak R., Desvignes J-M., Le Gall H. Photoinduced change of metamagnetic phase transition field in garnet // Abstracts of "11th Czech and Slovak Conference on Magnetism (CSMAG`01)". - Kosice (Slovakia). - 2001. - P. 46.

11. Bedarev V.A., Gapon V.I., Gnatchenko S.L., Baran M., Szymczak R., Desvignes J-M., Le Gall H. Metamagnetic phase transition in photoilluminated garnet // Abstracts of "15th Soft Magnetic Materials Conference". -Bilbao (Spain). - 2001. - P. B-41.

12. Aleshkevych P., Baran M., Бедарев В.А., Гапон В.И., Горбенко О.Ю., Гнатченко С.Л., Кауль А.Р., Szymczak R., Szymczak H. AFM dielectric - FM metal transition under the light illumination in thin films // Abstracts of "12th Czech and Slovak Conference on Magnetism (CSMAG`04)". -Kosice (Slovakia). - 2004. - P. 84.

13. Aleshkevych P., Baran M., Бедарев В.А., Гапон В.И., Горбенко О.Ю., Гнатченко С.Л., Кауль А.Р., Szymczak R., Szymczak H. Influence of light on magnetic and transport properties of thin manganite films with praseodymium // Abstracts of "20th General Conference Condensed Matter Division EPS". - Prague (Czech Republic). - 2004. - P. 184.

14. Aleshkevych P., Baran M., Bedarev V.A., Gapon V.I., Gorbenko O. Yu., Gnatchenko S.L., Kaul A.R., Szymczak R. Insulator - metal phase transition in thin film under illumination // Abstracts of "Workshop on Anomalous Phenomena in Strongly Correlated Electron Materials". -Wroclaw (Poland). - 2005. - P. 29.

Размещено на .ru