Магнітооптичні явища в просторово неоднорідних магнітних середовищах

Вперше проведено дослідження повного внутрішнього відбиття (ПВВ) світла на межі розподілу двох бігіротропних середовищ у випадках подовжньої та поперечної магнітооптичних конфігурацій (МОК). Обчислені значення кутів ПВВ для межі розподілу бігіротропного залізо-ітрієвого (ЗІГ) та немагнітного гадоліній-галієвого гранатів (ГГГ) показують, що в подовжній МОК, на відміну від поперечної, кути ПВВ можуть бути розрізнені в експерименті.

Вперше проведено дослідження ефекту Гуса-Хенхена (ЕГХ) на межі бігіротропних середовищ для полярної та подовжньої МОК. Чисельні оцінки ЕГХ для межі ЗІГ та ГГГ показують, що подовжній зсув відбитого променю може досягати кількох десятків довжин хвиль падаючого світла.

Вперше теоретично досліджено нелінійну магнітооптичну дифракцію (НМОД) на частоті другої оптичної гармоніки (ДГ) та наведено оцінки кутів та параметрів дифракції на одновимірних та двовимірних магнітних надструктурах: смугастій доменній структурі, квадратній гратці магнітних точок та гексагональній гратці циліндричних магнітних доменів (ЦМД). Поляризаційний аналіз сигналу ДГ дозволяє: виділити внесок нормальних та тангенціальних складових вектору намагніченості в магнітних точках; виділити внесок доменних стінок (геометрія ) та магнітоіндукований внесок в сигнал ДГ при НМОД (геометрія) на смугастій доменній структурі; виділити магнітоіндукований внесок в сигнал ДГ при НМОД на гексагональній гратці ЦМД; а також визначити тип магнітного упорядкування в плівці. Висока чутливість сигналу випромінювання на частоті при НМОД на гексагональній гратці ЦМД, її азимутальної залежності та кутів дифракції до зовнішнього магнітного поля свідчать про можливість управління НМОД.

Вперше з врахуванням пружньооптичної взаємодії досліджено внесок напру- жень невідповідності (НН) на межі магнітної плівки на немагнітній підкладинці в лінійне відбиття світла, а також вплив НН та дислокацій невідповідності (ДН) на генерацію ДГ магнітною (немагнітною) плівкою на немагнітній підкладинці. Поляризаційний аналіз сигналу ДГ дозволяє виділити внесок ДН на межі плівки та підкладинки. Згідно з оцінками, внесок НН та ДН в сигнал ДГ досягає 10 %. Показано, що S-поляризований сигнал ДГ в геометрії зумовлений тільки ДН та може бути критерієм їх присутності, що вказує на перевищення плівкою критичної товщини.

Вперше проведено теоретичне вивчення спектрів заборонених фотонних зон (ЗФЗ) для одновимірних магнітних фотонних кристалів (МФК) на основі шарів ЗІГ та ГГГ для трьох основних МОК, і продемонстрована можливість управління ЗФЗ при переорієнтації вектора намагніченості в магнітних шарах. Також вперше показано, що плівки ЗІГ із смугастими доменними структурами можуть використовуватись як одновимірні МФК, що перестроюються зовнішнім магнітним полем.

Вперше досліджено вплив кута падіння електромагнітної хвилі та товщини дефектних шарів на МО характеристики проходження для одновимірних МФК з одним та двома дефектними шарами. Проведений аналіз поведінки дефектних мод дозволяє зробити висновок про те, що у дводефектному МФК, на відміну від однодефектного, можливо поєднання великого коефіцієнта проходження та кута фарадеєвського обертання, що робить такі МФК перспективними для застосування у магнітофотонних пристроях. Оптимізація характеристик МФК може також досягатись за рахунок змінювання кута падіння світла.

7. Вперше проведено розрахунки з перших принципів нелінійного МО відгуку від поверхонь надтонких феромагнітних надструктур: зростаючої надгратки , намагніченої як в плошині шарів, так і нормально до поверхонь. Також досліджено вплив товщини мідної підкладинки на нелінійний відгук системи . Одержані чисельні результати для всіх вищезгаданих структур показують, що магнітоіндуковані компоненти тензора HOC можуть досягати 10 % від величин немагнітних компонент, а в деяких випадках мати порівняні з ними значення, що підкреслює важливу роль магнітних власти- востей в нелінійній оптиці.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т.8. Электродинамика сплошных сред. - М.: Наука, 1982. - 624 с.

2. Кринчик Г.С. Физика магнитных явлений. - М.: Издательство МГУ, 1985. - 336 с.

3. Nonlinear Optics in Metals, edited by К.H. Bennemann. Oxford: Clarendon Press, 1998. - 486 p.

4. Шен И.P. Принципы нелинейной оптики. - М.: Мир. 1989. - 560 с.

5. Любчанский И.Л. Поляритоны и нелинейные оптические эффекты в магнитоупорядоченных кристаллах: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физ. -мат. наук // Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины. - Донецк, 1996. - 25 с.

6. Zvezdin А.К., Kotov V.A. Modern Magnetooptics and Magnetooptical Materials. - Bristol: Institute of Physics Publishing. 1997. - 385 p.

7. Sugano S., Kojima N. Magneto-optics. - Berlin: Springer. 2000. - 352 p.

8. Еременко В.В., Харченко Н.Ф., Литвиненко Ю.Г., Науменко В.М. Магнитооптика и спектроскопия антиферромагнетиков. - К.: Наукова думка, 1989. - 262 с.

9. Kleeman W. Magneto-optical Materials, In: Handbook on Magnetism and Magnetic Materials (H. Kronmuller, S. Parkin eds.), J. Wiley & Sons, - 2007. - P. 2327-2362.

10. Visnovsky S. Optics in Magnetic Multilayers and Nanostructures. - CRC Press, 2007. - 560 p.

11. Aktsipetrov O.A., Braginskii О.V., and Esikov D.A. Nonlinear optics of gyrotropic media: second harmonic generation in rare-earth iron garnets // Sov. J. Quantum Electron. - 1990. - Vol. 20, № 3. - P. 259-263.

12. Павлов В.В. Нелинейные магнитооптические явления в кристаллах и пленках: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физ. -мат. наук // Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской Академии Наук. - Санкт-Петербург. 2007. - 33 с.

13. Blaha P., Schwarz К. and Luitz J., WIEN97, A Full Potential Linearized Augmented Plane Wave Package for Calculating Crystal Properties. (Karlheinz Schwarz, Vienna, 1999).

14. Blaha P., Schwarz K., Madsen G.К.H., Kvasnicka D. and Luitz J. WIEN2k, An Augmented Plane Wave + Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properties. (Karlheinz Schwarz, Wien. 2001).

15. Lazarenko S.V., Kirilyuk A., Rasing Th., and Lodder J.C. Linear and nonlinear magneto-optical diffraction from one-dimensional periodic structures // J. Appl. Phys. - 2003. - Vol. 93, № 10. - P. 7903-7905.

16. Jдnke V., Gьdde J., Matthias E. Growth and magnetic ordering of Ni and Co films on Rh(001) investigated with second-harmonic generation // J. of Magn. Magn. Mater. - 2001. - Vol. 232, № 1-2. - P. 27-35.

17. Семенцов Д.И., Степанов М.М. Фотонный спектр магнитогиротроппых плоскослоистых структур // ФТТ. - 2008. - Vol. 50, № 3. - Р. 431-435.

18. Борн М., Вольф Э. Основы оптики М.: Наука, 1970, - 856 с.

19. Волноводная оптоэлектроника: Пер. с англ. / Под ред. Т.М. Тамира - М.: Мир, 1991. - 557 с.

20. Jain S.С, Harker А.Н., Cowley R.A. Misfit strain and misfit dislocations in lattice mismatched epitaxial layers and other systems // Phil. Mag. A. - 1997. - Vol. 75, № 6. - P. 1461-1515.

21. Pavlov V.V., Pisarev R.V., Kirilyuk A. and Rasing Th. Observation of a Transversal Nonlinear Magneto-Optical Effect in Thin Magnetic Garnet Films // Phys. Rev. Lett. - 1997. - Vol. 78, № 10. - P. 2004-2007.

22. Singh D.J. Planewaves, Pseudopotentials and The LAPW Method. - Boston: Kluwer Academic Publisher, 1994. - 115 p.

23. Sipe J.E., Moss D.J., and van Driel H.M. Phenomenological theory of optical second- and third-harmonic generation from cubic centrosymmetric crystals // Phys. Rev. B. - 1987. - Vol. 35, № 3. - P. 1129-1141.

24. Borisov S.В., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii I.L., Lyubchanskii M.I. Total internal reflection of light from the interface of bigyrotropic magnetic media // J. Magn. Soc. Jpn. - 1996. - Vol. 20, Supplement № SI. - P. 109-111.

25. Борисов С. Б., Дадоенкова Н.Н., Любчанский И.Л., Любчанский М.И. Полное внутреннее отражение света от границы раздела кубических бигиротропных сред, намагниченных в плоскости границы раздела // Опт. и Спектр. - 1997. - Т. 82, №2. С. 310-315.

26. Борисов С. Б., Дадоенкова Н.Н., Любчанский И.Л., Любчанский М.И. Эффект Гуса-Хенхена при отражении света от границы раздела бигиротропной и негиротропной сред // Опт. и Спектр. - 1998. - Т. 85, №2. - С. 246-252.

27. Borisov S.В., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii I.L., Lyubchanskii M.I. Theory of Goos-Haenchen effect at the reflection of light from bigyrotropic interface // Proceedings of BIANISOTROPICS'97 International conference and Workshop on Electromagnetics and Complex Media, (Ed. by W.S. Weinglhofer). - University of Glasgow, Great Britain. - 5-7 June 1997. - P. 97-100.

28. Dadoenkova N.N., Lyubchanskii I.L., Lyubchanskii M.I., Poymanov V.D. Reflection of light from real magnetic-nonmagnetic (chiral-achiral) interface // Proceedings of BIANISOTROPICS'98, 7th International Conference on Complex Media, (Ed. by A.F. Jacob and J. Reinert). - Thechnische Universitдt of Braunschweig, Germany. - 3-6 June 1998. - P. 101-104.

29. Dadoenkova N.N., Lyubchanskii I.L., Lyubchanskii M.I., Rasing Th. and Shin S. -Ch. Misfit Strain Induced Reflection of Light from Magnetic-Nonmagnetic Interfaces // J. of Magnetics. - 2000 - Vol. 5, № 1. - P. 1-3.

30. Lyubchanskii I.L., Jeong J. -W., Shin S. -Ch., Dadoenkova N.N. and Lyubchanskii M.I. Influence of lattice mismatch on magnetization-induced optical second harmonic generation from a magnetic film on a nonmagnetic substrate // J. Appl. Phys. - 2000. - Vol. 87, № 9. - P. 6794-6796.

31. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.I., Rasing Th., Jeong J. -W., and Shin S. -Ch. Second-harmonic generation from realistic film-substrate inetrfaces: The effect of strain // Appl. Phys. Lett. - 2000. - Vol. 76, № 14. - P. 1848-1850.

32. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.I. Second Harmonic Light Scattering by the Edge Dislocation in Magnetic Crystal // Proceedings of BIANISOTROPICS'2000, 8th International Conference on Electromagnetics and Complex Media, (Ed. by A.M. Barbosa and A.L. Тора). - Lisbon, Portugal. - 27-29 September 2000. - P. 99-102.

33. Jeong J. -W. and Shin S. -Ch., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii I.L., Valev V.K. and Rasing Th. Direct observation of controlled strain-induced second harmonic generation in thin film on substrate // Appl. Phys. Lett. - 2007. - Vol. 90, №4. - 044108.

34. Dadoenkova N.N., Lyubchanskii I.L., Lyubchanskii M.I., and Rasing Th. Nonlinear Optical Diffraction from Periodic Domain Structures in Magnetic Films // J. Magn. Soc. Jpn. - 1999. - Vol. 23, Supplement №S1. - P. 137-138.

35. Dadoenkova N.N., Lyubchanskii I.L., Lyubchanskii M.I., and Rasing Th. Nonlinear magneto-optical diffraction from periodic domain structures in magnetic films // Appl. Phys. Lett. - 1999. - Vol. 74, №13. - P. 1880-1882.

36. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.L, Shapovalov E.A., Zabolotin A.E., Guslienko K.Y., Rasing Th. Nonlinear Magneto-optical Diffraction by Two- dimensional Magnetic Superstructures // Appl. Phys. B. - 2002. - Vol. 74, № 7-8. - P. 711-714.

37. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.I., Guslienko K.Y., and Rasing Th. Second Harmonic Light Scattering by Magnetic Dots // Phys. Stat. Sol. (A) - 2002. - Vol. 189, № 3. - P. 989-994.

38. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.L, Shapovalov E.A., Rasing Th., and Lakhtakia A. Magnetic films with periodically striped-domains as tunable photonic crystals // Proceedings of SPIE 2002 - The International Society for Optical Engineering. Complex Mediums III: Beyond Linear Isotropic Dielectrics. 8-12 July 2002. Siettle, USA. - Vol. 4806. - P. 302-306.

39. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.I., Shapovalov E.A., and Rasing Th. Nonlinear magneto-optical diffraction by periodic domain structures // Proceedings of 8th Annual Symposium of the IEEE/LEOS Benelux Chapter - 2003, (Ed. by Ridder R.M. et al.) - University of Twenty: Twenty, The Netherlands, 2003. - P. 229-232.

40. Dadoenkova N.N., Lyubchanskii I.L., Lyubchanskii M.I., Shapovalov E.A., Zabolotin A.E., and Rasing Th. Nonlinear Magneto-optical Diffraction by Periodic Magnetic Domailn Structure: Effect of Magnetic Field // In: Magnetoelectric Interaction Phenomena in Crystals. (Ed. by M. Fiebig et al.) - Netherlands: Kluwer Academic Publisher, 2004 - P. 181-191.

41. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.I., Shapovalov E.A., Zabolotin A.E., and Rasing Th. Nonlinear Diffraction by Two-Dimensional Magnetic Photonic Crystal (Magnetic Bubble Lattice) // Trans. Magn. Soc. Japan. - 2002. - Vol. 2, №4. - P. 160-162.

42. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.I., Shapovalov E.A., and Rasing Th. Magnetic photonic crystals // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2003. - Vol. 36, № 18. - P. R277-R287.

43. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.I., Shapovalov E.A., Rasing Th., and Lakhtakia A. Photonic band gap effects in magnetic film with periodically striped domain structure // In: Advances in Electromagnetics of Complex Media and Metamaterials. (Ed. by S. Zouhdi et al.) - 2003. - P. 157-174.

44. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.I., Shapovalov E.A., and Rasing Th. Bigyrotropic magnetic photonic crystals // Proceedings of 8th Annual Symposium of the IEEE/LEOS Benelux Chapter - 2003, (Ed. by Ridder R.M. et al). - University of Twente: Twente, The Netherlands, 2003. - P. 261-264.

45. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.I., Shapovalov E.A., Lakhtakia A., and Rasing Th. One-dimensional bigyrotropic magnetic photonic crystals // Appl. Phys. Lett. - 2004. - Vol. 85, №24. - P. 5932-5934.

46. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.I., Shapovalov E.A., Lakhtakia A., and Rasing Th. Bigyrotropic photonic crystals. // Proceedings of SPIE 2004 - The International Society for Optical Engineering. Complex Mediums V: Light and Complexity. Colorado, USA. - Vol. 5508. - P. 184-191.

47. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.I., Shapovalov E.A., Lakhtakia A., and. Rasing Th. Spectra of bigyrotropic magnetic photonic crystals // Phys. Stat. Sol. (A). - 2004. - Vol. 201, № 15. - P. 3338-3344.

48. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.I., Shapovalov E.A., Lakhtakia A., and Rasing Th. One-dimensional bigyrotropic magnetic photonic crystals // Proceedings of the 10th Conference on Complex Media and Metamaterials (BIANISOTROPICS'2004), - Ghent University: Ghent, Belgium, 2004. - P. 114-117.

49. Dadoenkova N.N., Lyubchanskii I.L., Lyubchanskii M.I., Shapovalov E.A., Zabolotin A.E., Rasing Th. Influence of magnetic field on nonlinear magneto-optical diffraction by two-dimensional hexagonal magnetic bubble lattice // J. Opt. Soc. Am. B. - 2005. - Vol. 22, № 1. - P. 215-218.

50. Dadoenkova N.N., Lyubchanskii I.L., Lyubchanskii M.I., Shapovalov E.A., and Lee Y.P. One-Dimensional Bigyrotropic Magnetic Photonic Crystals: Non-Defect and Defect Structures // In: Frontiers in Optical Technology: Materials & Devices. - Nova Science Publisher, 2007. - P. 22-72.

51. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.I., Shapovalov E.A., and Zabolotin A.E., Lee Y.P., Rasing Th. Response of two-defect magnetic photonic srystals to oblique incidence of light: Effect of defect layer variation // J. Appl. Phys. - 2006. - Vol. 100, № 9. - 096110.

52. Dadoenkova N.N., Andersen T., Hubner W. Nonlinear surface magneto-optics of ferromagnetic from first principles // Appl. Phys. B. - 2002. - Vol. 74, № 7-8. - P. 705-709.

53. Dadoenkova N.N., Andersen T., Hubner W. First-Principles Calculation of Nonlinear Surface Magneto-Optical Response of a Ferromagnetic Multilayer // Phys. Scripta - 2004. - Vol. T 109. - P. 174-179.

АННОТАЦИЯ

Дадоенкова Н.Н. Магнитооптические явления в пространственно неоднородных магнитных средах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.11 - магнетизм. - Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина HAH Украины, Донецк, 2008.

В диссертации представлены результаты теоретических исследований пространственно неоднородных магнитных сред методами линейной и нелинейной магнитооптики. На границах раздела магнитных бигиротропных сред проведено исследование таких эффектов, как полное внутреннее отражение света и эффект Гуса-Хенхена, при различных магнитооптических конфигурациях (МОК). Рассчитаны матрицы коэффициентов отражения и прохождения электромагнитных волн для границы раздела двух бигиротропных сред при продольной, полярной и поперечной МОК. Расчеты продольного смещения отраженного луча и углов полного внутреннего отражения выполнены для границы железо-иттриевого (ЖИГ) и гадолиний-галлиевого гранатов (ГГГ).

Исследовано линейное и нелинейное (на частоте второй оптической гармоники (ВГ)) отражение света от магнитных и немагнитных пленок на немагнитных подложках с учетом механических напряжений несоответствия (НН), а также дислокаций несоответствия (ДН) вблизи границы пленки и подложки. Численные оценки параметра несоответствия, критической толщины пленки и относительного вклада напряжений в линейный коэффициент отражения света видимого диапазона проведены для пленки ЖИГ на подложке из ГГГ. Предложено феноменологическое описание нелинейного отражения света от реалистической (при учете НН и ДН) границы раздела пленки и подложки с помощью нелинейного фотоупругого тензора. Такой подход позволяет различить вклады НН и ДН в генерацию ВГ посредством поляризационного анализа сигнала на удвоенной частоте. Поляризационный анализ электромагнитного излучения на частоте ВГ позволяет выделить вклад ДН как в случае магнитной, так и немагнитной пленок. Независимо от поляризации падающего луча (s- или p-) на фундаментальной частоте сигнал на частоте ВГ обусловлен только ДН, что согласуется с экспериментальными результатами.

Предсказано и исследовано явление нелинейной магнитооптической дифракции (НМОД) на частоте ВГ на одномерных и двумерных периодических магнитных структурах, а именно: на полосовой доменной структуре, гексагональной решетке цилиндрических магнитных доменов (ЦМД), квадратной решетке магнитных точек. Проведены расчеты углов НМОД на полосовой доменной структуре и сделаны оценки порядков НМОД при дифракции на двумерных магнитных структурах. Также исследовано влияние внешнего магнитного поля на НМОД от гексагональной решетки ЦМД. Результаты теоретических работ по НМОД на одномерных магнитных структурах, представленные в диссертации, получили экспериментальное подтверждение. Поляризационный анализ сигнала ВГ при НМОД позволяет выделить вклад доменных стенок (в геометрии ) и суммарный магнитоиндуцированный вклад в сигнал ВГ (геометрия ) на полосовой доменной структуре и гексагональной решетке ЦМД, а также указать тип магнитного упорядочения в пленке. Высокая чувствительность сигнала ВГ при НМОД на гексагональной решетке ЦМД, ее азимутальной зависимости и углов дифракции от внешнего магнитного поля свидетельствует о возможности управления НМОД.

В диссертации проведено подробное исследование спектров запрещенных фотонных зон (ЗФЗ) одномерных магнитных фотонных кристаллов (МФК) на основе чередующихся слоев бигиротропного ЖИГ и немагнитного ГГГ. Для указанного вида МФК при разных МОК изучена зависимость положения и ширины ЗФЗ от направления распространения электромагнитного излучения. Показано, что полосовые доменные структуры с доменными стенками как блоховского, так и неелевского типов, могут рассматриваться как перестраиваемые внешним магнитный полем МФК.

Исследовано влияние угла падения электромагнитной волны и толщины дефектных слоев на магнитооптические характеристики прохождения (коэффициент прохождения, угол фарадеевского вращения и эллиптичность) для одномерных МФК конечных размеров с одним и двумя дефектными магнитными слоями. Проведенный анализ поведения дефектных мод позволяет сделать вывод о том, что в двухдефектном МФК, в отличие от однодефектного, возможно сочетание больших значений коэффициента прохождения и угла фарадеевского вращения.

Проведены расчеты из первых принципов нелинейного магнитооптического от- клика от поверхностей следующих ультратонких ферромагнитных сверхструктур: монослоя никеля на монослое меди и растущей сверхрешетки , намагниченных в плоскости слоев и нормально к слоям. Также изучено влияние толщины медной подложки на нелинейный магнитооптический от- клик системы . Полученные численные результаты для всех перечисленных структур показывают, что магнитоиндуцированные компоненты тензора нелинейной оптической восприимчивости могут достигать до 10 % величины немагнитных компонент, а в некоторых случаях иметь сравнимые с ними значения, что подчеркивает важную роль магнитных свойств в нелинейной оптике.

Ключевые слова: магнитооптика, нелинейная оптика, генерация второй оптической гармоники, неоднородные магнитные среды, полосовые доменные структуры, сверхрешетки, нелинейная магнитооптическая дифракция, магнитные фотонные кристаллы.

АНОТАЦІЯ

Дадоєнкова Н.М. Магнітооптичні явища в просторово неоднорідних магнітних середовищах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико- математичних наук за спеціальністю 01.04.11 - магнетизм. - Донецький фізико- технічний інститут ім. О.О. Галкіна HAH України, Донецьк, 2008.

В дисертації наведені результати теоретичних досліджень просторово неоднорідних магнітних середовищ методами лінійної та нелінійної магнітооптики. Проведено дослідження повного внутрішнього відбиття світла та ефекту Гуса-Хенхена для межі розподілу залізо-ітрієвого (ЗІГ) та гадоліній-галієвого гранатів (ГГГ) при різних магнітооптичних конфігураціях (МОК). Досліджено лінійне та нелінійне відбиття електромагнітної хвилі (ЕМХ) від магнітних та немагнітних плівок на підкладинках з врахуванням механічних напружень невідповідності, а також дислокацій невідповідності поблизу межі плівки та підкладинки. Запропоновано феноменологічний опис нелінійного відбиття ЕМХ від реалістичної межі розподілу плівки на підкладинці за допомогою нелінійного фотопружнього тензора. Передбачено та досліджено явище нелінійної магнітооптичної дифракції (НМОД) на одновимірних та двовимірних періодичних магнітних структурах. Досліджено вплив зовнішнього магнітного поля на НМОД від гексагональної гратки циліндричних магнітних доменів. Проведено детальне дослідження спектрів заборонених фотонних зон (ЗФЗ) одновимірних магнітних фотонних кристалів (МФК) на основі шарів бігіротропного ЗІГ та немагнітного ГГГ. Доведено, що смугасті доменні структури можуть розглядатись як одновимірні МФК, що перестроюються зовнішнім магнітним полем. Досліджено вплив кута падіння ЕМХ та товщини дефектних шарів на оптичні характеристики проходження ЕМХ для одно- вимірних МФК з одним та двома дефектними магнітними шарами. З перших принципів розраховано нелінійний магнітооптичний відгук від поверхонь надтонких феромагнітних надструктур: зростаючої надгратки , намагніченої як в площині шарів, так і нормально до поверхонь. Також досліджено вплив товщини мідної підкладинки на нелінійний магнітооптичний відгук системи .

Ключові слова: магнітооптика, нелінійна оптика, генерація другої оптичної гармоніки, неоднорідні магнітні середовища, смугасті доменні структури, надгратки, нелінійна магнітооптична дифракція, магнітні фотонні кристали.

SUMMARY

Dadoenkova N.N. Magneto-optical Effects in Space-Inhomogeneous Magnetic Media. - Manuscript. Thesis for a competition of doctor science degree in physics and mathematics, 01.04.11 specialty - magnetism. - Donetsk Institute for Physics and Technology named after A.A. Galkin of NAS of Ukraine, Donetsk, 2008.

In the thesis the results of theoretical investigations of space-inhomogeneous magnetic media by the methods of linear and nonlinear magneto-optics are presented. The total internal reflection and Goose-Hдnchen effect are studied at the boundary of iron-yttrium (YIG) and gadolinium-gallium (GGG) garnets for different magneto-optical configurations (MOC). Linear and nonlinear light reflection from magnetic and nonmagnetic films on nonmagnetic substrates is presented taking into account both misfit strains and misfit dislocations at the film and substrate interface. The phenomenological description of nonlinear light scattering from the realistic boundary is proposed using the nonlinear photoelastic tensor. The effect of nonlinear magneto-optical diffraction (NMOD) from one-dimensional and two-dimensional magnetic structures, namely, from the laminar domain structure, hexagonal bubble lattice and square lattice of magnetic dots, is predicted and investigated. The influence of the external magnetic field on NMOD from the hexagonal babble lattice is investigated as well. The high sensitivity of NMOD to the external magnetic field gives possibility of its magnetic control. The detailed investigation of the photonic band gap PBG spectra of one-dimensional magnetic photonic crystals (MPCs) created on basis of the alternating bigyrotropic magnetic YIG and nonmagnetic GGG layers is performed. It is shown that the striped domain structures with the domain walls can be considered as magnetically tunable MPCs. The influence of the incidence angle of the electromagnetic wave and the defect layer thickness on the magneto-optical transition characteristics for the limited one-dimensional MPCs with one and two defect magnetic layers is investigated. The ab-initio calculations of the nonlinear surface magneto-optical response from the ultrathin ferromagnetic structures, such as the growing superlattice with in-plane and out-of-plane magnetization, is performed using the full-potential linearized plane wave (FLAPW) method. This method is also employed for studying of influence of the growing Cu-substrate on the nonlinear magnetooptical response of the Ni-monolayer in system .

Key words: magneto-optics, nonlinear optics, second harmonic generation, inhomogeneous magnetic media, striped domain structures, superlattices, nonlinear magneto-optical diffraction, magnetic photonic crystals.

Размещено на Allbest.ru