Наноструктура

Реферат: Наноструктура містить підкладку, нижній шар магнітооптичного матеріалу виконаний з матеріалу складу BixR3-xFe5-yMyO12 і верхній наношар складу BixR3-xFe5-yMyO12. Нижній шар додатково містить елементи R-Y, Gd, Μ-Ga. UA 78894 U (54) НАНОСТРУКТУРА UA 78894 U UA 78894 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі нанофотоніки та спінтроніки і може бути використана для керування когерентними потоками світла в оптоелектронних і магнітофотонних приладах, системах зберігання і передавання інформації. Як найближчий аналог вибрано наноструктуру (патент UA за заявкою № а 201209031 з пріоритетом від 19.07.2010), що включає 3≤N≤10 пар періодично напилених один на одного магнітних і немагнітних шарів, причому магнітні шари М 1 і М2 мають різні склади. Шар М1 виконаний з матеріалу складу BixR3-xFe5-yMyO12, де R - щонайменше один рідкісноземельний елемент, вибраний з групи Tb, Dy, Sm, Eu, Tm, Yb, Lu та в комбінації з Tb з Pr, Yb з Nd, Μ - Al, значення x змінюється в межах 0,5-2 ат./форм. од., значення у змінюється в межах 0,5-1,3 ат./форм. од., а шар М2 виконаний з матеріалу складу BizK3-zFe5O12, де К - Υ, Lu, значення z змінюється в межах від 0,5 до 1,0 ат./форм. од. Шар складу М1 має температуру компенсації Tcomp. магнітного моменту, а шар складу М2 не має температури компенсації магнітного моменту. Такий магнітофотонний кристал дозволяє керувати його властивостями за допомогою додаткового параметра, а саме - температури. При нагріванні структури до температури, яка перевищує Tcomp. шару М1 відбувається зміна знака фарадеївського обертання FM1 шару М1 на протилежний. При цьому значення F у структурі зростає і стає рівним сумі F1,2 усіх магнітних шарів. Недоліком такої наноструктури є необхідність здійснювати її нагрівання для керування властивостями. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалити наноструктуру за рахунок внесення конструктивних особливостей для забезпечення можливості керування її властивостями. Поставлена задача вирішується тим, що наноструктура, яка містить підкладку, шари з двох магнітооптичних матеріалів, нижній з яких виконаний з матеріалу складу Bi xR3-xFe5-yMyO12, де R щонайменше один рідкісноземельний елемент, вибраний з групи Tb, Dy, Sm, Eu, Tm, Yb, Lu та в комбінації з Tb з Pr, Yb з Nd, Μ - Al, значення х змінюються в межах 0,5-2 ат./форм. од., і верхній наношар складу BixR3-xFe5O12, згідно з корисною моделлю, нижній шар виконаний товщиною від 8 до 10 нм і додатково містить елементи R - Y, Gd, Μ - Ga, причому значення у змінюються в межах 1,0-2,0 ат./форм. од., а верхній наношар виконаний товщиною від 1 до 5 нм. Така магнітооптична наноструктура, завдяки наявності наношару товщиною від 1 до 5 нм, що не має температури компенсації магнітного моменту, дозволяє більш ефективно, ніж найближчий аналог, керувати властивостями прохідного через неї світла. На (фіг. 1) схематично зображено наноструктуру. На підкладку немагнітного гранату 1 нанесено плівку 2 складу BixR3-xFe5-yMyO12, у якій значення x змінюються в межах 0,5-2 ат./форм. од., значення у змінюються в межах 1,0-2,0 ат./форм. од. На неї нанесено ультратонку від 1 до 5 нм плівку ферит-гранату 3 складу BixR3-xFe5O12. Плівка 2 зі значеннями у, що змінюються в межах 1,0-2,0 ат./форм. од., має температуру компенсації магнітного моменту T comp., вищу від кімнатної, має одновісну магнітну анізотропію і так звану "ліву" магнітооптичну петлю гістерезису (ПГ), тобто додатний знак кута фарадеївського обертання за рахунок того, що в 3+ тетраедричній підґратці ферит-гранату такого складу частина іонів Fe заміщена діамагнітними 3+ іонами металу М у кількості у=1,0-2,0 ат./форм. од. (ПГ - залежність кута фарадеївського обертання від поля намагнічування). Плівка 3 не має температури компенсації магнітного моменту, має анізотропію в площині і так звану "праву" магнітооптичну ПГ, тобто від'ємний знак кута фарадеївського обертання за рахунок того, що в залізній підґратці відсутні заміщення іонів 3+ Fe . Наноструктура діє так. При поданні магнітного поля Η на наноструктуру нормально до її поверхні і падінні на неї світлового пучка 4 також нормально до її поверхні за рахунок ефектів обмінної взаємодії між шарами структури відбувається зміна знака кута фарадеївського обертання всієї структури на протилежний у порівнянні зі знаком фарадеївського обертання нижнього шару, причому це відбувається без нагрівання структури до температури компенсації магнітного моменту нижнього шару. Приклад. Приклади складів нижнього шару з температурою компенсації T comp. магнітного моменту вищою від кімнатної: Bi1,5Gd1,0Lu0,5Fe3,7Ga1,3О12; Tcomp.=28 °C; Bi1,5Y0,5Gd0,5Lu0,5Fe3,7Ga1,3О12; Tcomp.=29 °C. Приклад конкретного виконання наноструктури. На підкладку немагнітного гранату 1 нанесено плівку 2 ферит-гранату, що містить Ві, наприклад, складу Bi1,5Gd1,0Lu0,5Fe3,7Ga1,3О12, на неї нанесено ультратонку від 1 до 5 нм плівку 3 ферит-гранату, що містить Ві, наприклад, складу Bi2,8Y0,2Fe5О12. Плівка 2 має температуру 1 UA 78894 U 5 10 15 20 25 30 компенсації магнітного моменту, вищу від кімнатної, має одновісну магнітну анізотропію і так звану "ліву" магнітооптичну петлю гістерезису (ПГ), тобто додатний знак кута фарадеївського обертання при кімнатній температурі і нижче (фіг. 2). Ультратонка від 1 до 5 нм плівка 3 феритгранату, що містить Ві, не має температури компенсації магнітного моменту, має анізотропію в площині і так звану "праву" магнітооптичну ПГ, тобто від'ємний знак кута фарадеївського обертання. При поданні магнітного поля на наноструктуру магнітооптичні ПГ наноструктури з товщиною верхньої плівки більше ніж 1 нм стають "правими" і набувають вигляд, характерний для верхньої плівки (фіг. 3), тобто відбувається інверсія знака кута фарадеївського обертання. На фіг. 3 наведено магнітооптичні ПГ наноструктури з нижньою плівкою 2 товщиною h=8,2 нм і верхньою плівкою 3 товщиною 1,5 нм (а) і 2,9 нм (б) ("праві" ПГ). Як видно з форм магнітооптичних ПГ (фіг. 3), двошарова наноструктура має такий самий тип магнітної анізотропії, як у нижнього шару, а знак фарадеївського обертання такий самий, як у верхнього шару. При товщині верхньої плівки 3 h=0,5 нм інверсії знака кута фарадеївського обертання не відбувається, однак спостерігається зменшення його абсолютної величини. На фіг. 4 наведено магнітооптичну ПГ наноструктури з нижньою плівкою 2 товщиною h=8,2 нм і верхньою плівкою 3 товщиною 0,5 нм ("ліва" ПГ при кімнатній температурі). Наноструктуру можна виготовити, наприклад, таким чином. На підкладку гадоліній-галієвого гранату Gd3Ga5O12 методом реактивного іонно-променевого розпилення мішені в аргоно-кисневій суміші наноситься плівка складу, наприклад, Bi1,5Gd1,0Lu0,5Fe3,7Ga1,3О12 товщиною від 8 до 10 нм. Потім плівка кристалізується на повітрі при атмосферному тиску при температурі 650 °С. Плівки такого складу характеризуються наявністю температури компенсації магнітного моменту вищої від кімнатної, при кімнатній температурі і нижче вони мають характерні "ліві" магнітооптичні ПГ і додатній знак кута фарадеївського обертання. Потім, на кристалізовану нижню плівку тим же самим методом реактивного іоннопроменевого розпилення мішені в аргоно-кисневій суміші наноситься верхня плівка 3 складу, наприклад, Bi2,8Y0,2Fe5О12 товщиною від 1 до 5 нм і кристалізується при тих самих умовах. Плівки такого складу характеризуються відсутністю температури компенсації магнітного моменту, "правими" магнітооптичними ПГ і від'ємним знаком кута фарадеївського обертання. Отримана наноструктура забезпечує можливість керування її властивостями за допомогою конструктивного виконання структури. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Наноструктура, що містить підкладку, шари з двох магнітооптичних матеріалів, нижній з яких виконаний з матеріалу складу BixR3-xFe5-yMyO12, де R - щонайменше один рідкісноземельний елемент, вибраний з групи Tb, Dy, Sm, Eu, Tm, Yb, Lu та в комбінації з Tb з Pr, Yb з Nd, Μ - Al, значення x змінюються в межах 0,5-2 ат./форм. од., і верхній наношар складу BixR3-xFe5O12, яка відрізняється тим, що нижній шар виконаний товщиною від 8 до 10 нм і додатково містить елементи R-Y, Gd, Μ-Ga, причому значення у змінюються в межах 1,0-2,0 ат./форм. од., а верхній наношар виконаний товщиною від 1 до 5 нм. 2 UA 78894 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3