Стрейн-магнитооптика – новый физический механизм модуляции ИК-излучения в ферромагнитных шпинелях

Abstract

К настоящему времени в магнитных полупроводниках определены основные механизмы, формирующие спектры магнитоотражения (МО) и магнитопоглощения (МП) света в видимом и инфракрасном (ИК) диапазоне [1,2]. Важно, что магнитооптические (МО) эффекты в естественном свете в ИК-диапазоне могут быть даже больше гиротропных эффектов [2]. Известны механизмы модуляции поляризованного света в видимой области, связанные с магнитоупругими деформациями в магнетиках. В то же время, отсутствуют исследования влияния магнитоупругих деформаций на поглощение ИК-излучения в магнитострикционных материалах – объектах стрейнтроники [3]. В данной работе изучены ИК-спектры отражения и поглощения естественного света для ферримагнитной феррит-шпинели CoFe2O4, обладающей гигантскими значениями магнитострикции (l/l=650∙10-6 ) в магнитном поле. Монокристаллы CoFe2O4 (ТС=812 К) были выращены методом бестигельной зонной плавки с радиационным нагревом. Для измерений были использованы пластины с плоскостью (001) толщиной 200-400 мкм. В результате исследований монокристаллов CoFe2O4 было обнаружено, что внешнее магнитное поле приводит к появлению заметных эффектов МО до 4 % и МП до 20 % в широкой спектральной области от 1 мкм до 30 мкм в поле 2-3 кЭ [4]. Величина эффектов и форма спектров зависит от взаимной ориентации магнитного поля и кристаллографических осей кристалла [5,6]. Впервые была получена корреляция температурных и полевых зависимостей МП и МО с магнитострикцией монокристалла CoFe2O4. Оценка вкладов только магниторефрактивного эффекта и эффекта Фарадея не позволяет объяснить наблюдаемую величину МО эффектов. Наибольшей величины МП и МО достигают вблизи края поглощения (Eg=1.18 эВ) и в области примесных полос поглощения. Теоретические оценки показывают, что влияние магнитного поля на оптические свойства CoFe2O4 является непрямым: магнитное поле вследствие магнитострикции приводит к деформации решетки, а та, в свою очередь, приводит к изменению электронной структуры феррита и, как следствие, спектров отражения и пропускания света [5]. Таким образом, в работе обнаружен новый эффективный механизм модуляции ИК-излучения в феррите, связанный с деформационно-наведенными эффектами. Большая величина МО эффектов позволяет рекомендовать феррит для использования в качестве функционального материала при создании оптоэлектронных устройств. Новая область стрейнтроники, связанная с МО эффектами в магнитострикционных материалах, названа стрейн-магнитооптикой.