VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В настоящее время всё больший интерес вызывает исследование тонкопленочных структур, представляющих собой слоистые композиции из широкого круга материалов, таких как диэлектрики, проводники, полупроводники, ферромагнетики, сверхпроводники. Слоистые наноструктуры обладают совершенно уникальными магнитоэлектрическими, механическими и теплофизическими свойствами [1].

Наиболее перспективным является исследование структур, включающих в себя слои сегнетоэлектриков и разбавленных (магнитных) полупроводников, свойства которых изменяются под воздействием внешних магнитных и электрических полей [2], [4]. В такой структуре большой интерес представляют свойства, проявляющиеся под воздействием магнитных полей. Для того чтобы использовать эти свойства для практических приложений для создания приборов фотоники и оптоэлектроники, необходимо произвести расчёт магнитной проницаемости разбавленного магнитного проводника. В данной работе мы проведем теоретический расчет магнитной проницаемости магнитного полупроводника на основе окиси олова, допированной железом – Sn_0.993Fe_0.007O₂. Как показано в работе [6], этот материал проявляет достаточно сильные магнитные свойства и демонстрирует ферромагнитное упорядочение.

Тензор магнитной проницаемости ферромагнетика имеет вид [3]

μ=μiμa0-iμaμ0001. 1

Компоненты несимметричного тензора μ и μa магнитной проницаемости разбавленного магнитного полупроводника имеют вид [3]:

μ=1-ωm∙ω0ω2-ω02, (2)

μa=ω∙ωmω2-ω02, (3)

где ω0 – круговая частота прецессии электрона, помещённого в постоянное магнитное поле (прецессия – явление, при котором момент импульса тела (частицы) меняет своё направление в пространстве под действием момента внешней силы); ω – частота переменного поля; ωm – вспомогательный параметр, имеющий размерность частоты.

Параметры ω0 и ωm рассчитываются с помощью формул [3]:

ω0=2π∙γ∙H, (4)

ωm=2π∙γ∙J, (5)

где J – намагниченность разбавленного магнитного полупроводника; H – напряжённость магнитного поля, γ– гиромагнитное отношение.

Рис. 1. Графики зависимостей компоненты тензора магнитной проницаемости μ от частоты для разбавленного магнитного полупроводника Sn_0.993Fe_0.007O₂. Кривая 1 –напряжённость магнитного поля H=1∙105 А/м, кривая 2 – H=2∙105 А/м, кривая 3 – H=3∙105 А/м.

Для определения намагниченности J в работе использовалась феноменологическая зависимость

J=A∙lnα∙B-β, 6

где A, α и β – феноменологические константы, которые определяются из экспериментальных данных. Для разбавленного магнитного полупроводника Sn_0.993Fe_0.007O₂ нами были определены следующие значения феноменологических констант: A=0.83∙103А/м, α=1.02 Тл^-1, β=0.97 [5]. Предложенная феноменологическая зависимость (6) позволила теоретически описать поведение магнитной проницаемости в зависимости от величины внешнего магнитного поля. Расчет магнитной проницаемости, соответствующей основной петле гистерезиса, показал хорошее соответствие с экспериментальными данными для Sn_0.993Fe_0.007O₂, приведенными в работе [6]

Приведем результаты расчета компонент тензора магнитной проницаемости разбавленного магнитного полупроводника Sn_0.993Fe_0.007O₂, зависящих от частоты и от величины внешнего магнитного поля для случая, когда распространение излучения происходит вдоль оси Z (см. рисунок 1). Из рисунка 1 видно, что при увеличении магнитного поля H резонансная частота увеличивается. При этом максимальное значение магнитной проницаемости уменьшается.

Выводы

В работе проведен теоретический расчет компонент тензора магнитной проницаемости разбавленного магнитного полупроводника Sn_0.993Fe_0.007O₂. В ходе расчета для описания зависимости от величины внешнего магнитного поля использовались три феноменологические константы, определенные из экспериментальных данных для намагниченности магнитного полупроводника Sn_0.993Fe_0.007O₂. Полученные расчеты могут быть использованы для расчетов электродинамических параметров устройств, в которых используются магнитные полупроводники, свойства которых могут меняться при изменении внешнего магнитного поля.

Список литературы

1. Головкина М.В. Магнитные свойства композита со сверхпроводящими включениями // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки. 2010. Т. 3. № 104. С. 105-109.

2. Королёва Л. И. Магнитные полупроводники. М.: Физический факультет МГУ, 2003. 312 с.

3. Малков Н.А. Гиротропные среды в технике СВЧ. Тамбов: из-во Тамбовский государственный технический университет , 2005. 104 с

4. Орлов А.Ф., Кулеманов И.В., Пархоменко Ю.Н., Перов Н.С., Семисалова А.С.. Разработка ферромагнитных полупроводников для применения в спиновой электронике: состояние и перспективы// Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2011. Т. 3. С. 4-12.

5. Рыгалова Д.А., Головкина М.В. Расчет намагниченности разбавленного магнитного полупроводника // VII Международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум 2015»

6. Misra S. K., Andronenko S. I., Reddy K. M., Hays J., Thurber A. and Punnoose A. A variable temperature Fe₃₊ electron paramagnetic resonance study of Sn_1-xFexO₂ (0.00 ≤ x ≤ 0.05) // Journal of Applied Physics. 2007. Vol.101. P. 09H120.

Код для цитирования: Скопировать