Badanie rozkładów namagnesowania w implantowanych warstwach granatów ferrimagnetycznych z wykorzystaniem metod magnetooptyki nieliniowej

Abstract

W pracy doktorskiej przeprowadzono badania doświadczalne i teoretyczne efektów generacji drugiej harmonicznej światła (SHG) i indukowanej namagnesowaniem generacji drugiej harmonicznej (MSHG) dla serii epitaksjalnych warstw granatu ferrimagnetycznego o składzie (YSmLuCa)3(FeGe)5O12 wyhodowanych na podłożu granatu galowo-gadolinowego o orientacji (111) i poddanych implantacji jonami wodoru o energii 60 keV oraz dozie 1.5x10^16 cm^-2, a następnie strawionych do różnych głębokości od powierzchni warstwy. Wyniki eksperymentalne uzyskano przy użyciu zbudowanego od podstaw układu pomiarowego na bazie lasera femtosekundowego. W efekcie MSHG badanym w warstwach granatów zaobserwowano po raz pierwszy występowanie w polaryzacji elektrycznej ośrodka wkładów kwadratowych i kubicznych w namagnesowania i w pełni wyjaśniono ich obecność w ramach opracowanego modelu teoretycznego dla ośrodków o symetrii 3m. Wykazano wysoką czułość efektu SHG na zmiany wywołane defektami strukturalnymi indukowanymi implantacją; opracowano model teoretyczny opisujący natężenie efektu SHG w funkcji orientacji osi krystalograficznych próbki i kąta padania światła; wyznaczono profile wzdłuż głębokości implantacji elementów tensora nieliniowej podatności optycznej, które zinterpretowano jako pochodzące zarówno od deformacji sieci krystalicznej w kierunku prostopadłym do powierzchni warstwy, jak i obecności implantowanych jonów. Wykazano, że badania efektu MSHG pozwalają na: wyznaczenie rozkładów namagnesowania w implantowanych warstwach granatów, w tym określenie wszystkich składowych wektora magnetyzacji i wyznaczenie jego przestrzennej ewolucji w funkcji amplitudy pola; przeprowadzenie dekompozycji amplitudy efektu MSHG na wkłady pochodzące od podwarstw o różnych typach anizotropii magnetycznej; wyznaczenie profili amplitud efektu MSHG wzdłuż głębokości implantacji oraz określenie korelacji tych profili z profilem pola efektywnej anizotropii magnetycznej w podwarstwie implantowanej i profilem defektów strukturalnych.