Magneto-Optical Spectroscopy of Nanocomposites 
(CoFeB)x(LiNbO3)100 – x with Concentrations
up to the Percolation Threshold: From Superparamagnetism
and Superferromagnetism to Ferromagnetism

E. A. Gan’shina; Ганьшина Е. А.; I. M. Pripechenkov; Припеченков И. М.; N. N. Perova; Перова Н. Н.; E. S. Kanazakova; Каназакова Е. С.; S. N. Nikolaev; Николаев С. Н.; A. S. Sitnikov; Ситников А. С.; A. B. Granovskii; Грановский А. Б.; V. V. Ryl’kov; Рыльков В. В.

doi:10.31857/S0015323022601313

Magneto-Optical Spectroscopy of Nanocomposites (CoFeB)x(LiNbO3)100 – x with Concentrations up to the Percolation Threshold: From Superparamagnetism and Superferromagnetism to Ferromagnetism

Authors: Gan’shina E.A.¹, Pripechenkov I.M.¹, Perova N.N.¹, Kanazakova E.S.¹, Nikolaev S.N.², Sitnikov A.S.²^,3, Granovskii A.B.¹^,4, Ryl’kov V.V.²^,4
Affiliations:
1. Department of Physics, Moscow State University
2. National Research Center Kurchatov Institute
3. Voronezh State Technical University
4. Institute of Theoretical and Applied Electrodynamics
Issue: Vol 124, No 2 (2023)
Pages: 134-140
Section: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
URL: https://rjmseer.com/0015-3230/article/view/662749
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323022601313
EDN: https://elibrary.ru/HKTUCR
ID: 662749

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

Nanocomposites (CoFeB)x(LiNbO3)100 – x with x = 17–48 at % have been synthesized by ion beam sputtering of a composite target comprised of Co40Fe40B20 and LiNbO3 onto silicon substrates, and the tran-sitions from the superparamagnetic state to the superferromagnetic and ferromagnetic states with an increase in the concentration of the magnetic component are studied by magneto-optical methods. The magneto-optical properties have been investigated in the geometry of the equatorial (transverse) Kerr effect (TKE). Magneto-optical spectra are recorded in the range of 0.5–4.0 eV in fields up to 2.5 kOe at 20–300 K, field and temperature dependences of the TKE at certain wavelengths are obtained, and the domain structure during magnetization reversal is visualized using a magneto-optical Kerr microscope. It is shown that the sample with x = 17 at % is superparamagnetic at temperatures above the blocking temperature (about 30 K). The interaction between the granules is considerable already at x = 20 at %, the transition to the superferro-magnetic state occurs at x ≈ 32–36 at %, and the transition to the ferromagnetic state occurs at x ≈ 44 at %near the metal–dielectric transition, i.e., at a concentration below the percolation transport threshold.

Keywords

nanocomposites, magneto-optics, superparamagnetism, superferromagnetism

References

Рыльков В.В., Емельянов А.В., Николаев С.Н., Никируй К.Э., Ситников А.В., Фадеев Е.А., Демин В.А., Грановский А.Б. Транспортные свойства магнитных наногранулированных композитов с диспергированными ионами в изолирующей матрице // ЖЭТФ. 2020. Т. 158. № 1(7). С. 164–183.
Martyshov M. N., Emelyanov A.V., Demin V.A., Nikiruy K.E., Minnekhanov A.A., Nikolaev S.N., Taldenkov A.N., Ovcharov A.V., Presnyakov M.Yu., Sitnikov A.V., Vasiliev A.L., Forsh P.A., Granovsky A.B., Kashkarov P.K., Kovalchuk M.V., Rylkov V. V. Multifilamentary character of anticorrelated capacitive and resistive switching in memristive structures based on (CoFeB)x(LiNbO3)100 – x nanocomposite //Phys. Rev. Appl. 2020. V. 14. № 3. Art. No. 034016.
Bedanta S., Kleemann W. Supermagnetism // J. Phys. D: Applied Physics. 2008. V. 42. № 1. Art. No. 013001.
Beloborodov I. S., Lopatin A.V., Vinokur V.M., Efetov K.B. Granular electronic systems // Rev. Modern Physics. 2007. V. 79. №. 2. Art. No. 469.
Рыльков В.В., Николаев С.Н., Демин В.А., Емельянов А.В., Ситников А.В., Никируй К.Э., Леванов В.А., Пресняков М.Ю., Талденков А.Н., Васильев А.Л., Черноглазов К.Ю., Веденеев А.С., Калинин Ю.Е., Грановский А.Б., Тугушев В.В., Бугаев А.С. Транспортные, магнитные и мемристивные свойства наногранулированного композита (CoFeB)x(LiNbOy)100 – x // ЖЭТФ. 2018. Т. 153. № 3. С. 424–441.
Рыльков В.В. Дровосеков А.Б., Талденков А.Н., Николаев С.Н., Удалов О.Г., Емельянов А.В., Ситников А.В., Черноглазов К.Ю., Демин В.А., Новодворский О.А., Веденеев А.С., Бугаев А.С. Необычное поведение коэрцитивной силы в нанокомпозите (CoFeB)x(LiNbOy)100 – x с высоким содержанием магнитных ионов в изолирующей матрице // ЖЭТФ. 2019. Т. 155. № 1. С. 127–137.
Николаев С.Н., Емельянов А.В., Чумаков Р.Г., Рыльков В.В., Ситников А.В., Пресняков М.Ю., Кукуева Е.В., Демин В.А. Свойства мемристивных структур на основе нанокомпозита (CoFeB)x(LiNbOy)100 – x синтезированных на SiO2/Si-подложках // ЖЭТФ. 2020. Т. 90. № 2. С. 257–263.
Никируй К.Э. Емельянов А.В., Мацукатова А.Н., Кукуева Е.В., Васильев А.Л., Ситников А.В., Демин В.А., Рыльков В.В. Влияние эффекта перколяции на резистивные переключения структур на базе нанокомпозита (CoFeB)x(LiNbOy)100 – x // ФТТ. 2022. Т. 64. № 11. С. 1693–1694.
Rylkov V. V., Sitnikov A.V., Nikolaev S.N., Demin V.A., Taldenkov A.N., Presnyakov M.Yu., Emelyanov A.V., Vasiliev A.L., Kalinin Yu.E., Bugaev A.S., Tugushev V.V., Granovsky A.B. Properties of granular (CoFeB)x(Al2O3)100 – x and (CoFeB)x(LiNbOy)100 – x nanocomposites: Manifestation of superferromagnetic ordering effects // J. Magn. Magn. Mater. 2018. V. 459. P. 197–201.
http://evicomagnetics.com/productss/magneto-optical-kerr-microscope-magnetometer.
Traeger G., Wenzel L., Hubert A. Computer experiments on the information depth and the figure of merit in magnetooptics // Phys. Stat. Sol. (a). 1992. V. 131. № 1. P. 201–227.
Gan’shina E. A., Granovsky A.B., Sitnikov A.V., Lahderanta E., Rylkov V.V. Magneto-optical spectroscopy of (CoFeB)x–(Al–O)100 – x nanocomposites: evidence of superferromagnetism // IEEE Magnetics Letters. 2020. V. 11. P. 1–4.
Ганьшина Е.А., Вашук М.В., Виноградов А.Н., Грановский А.Б., Гущин В.С., Щербак П.Н., Калинин Ю.П., Ситников А.В. Эволюция оптических и магнитооптических свойств в нанокомпозитах аморфный металл–диэлектрик // ЖЭТФ. 2004. Т. 125. № 5. С. 1172–1183.