杨雪 杨青慧 张怀武 文岐业 白飞明 钟智勇 张鼎 黄建涛

(电子科技大学电子科学与工程学院, 成都 611731)

铋取代石榴石(Bi:YIG)薄膜具有较大的比法拉第旋角, 且可通过调控其易磁化轴垂直于薄膜表面和降低材料饱和磁化强度, 使其可工作在较小外加磁场下, 进而满足磁光器件小型化、节能化的发展需求.本文基于对石榴石薄膜磁各向异性的理论分析, 采用液相外延(liquid-phase epitaxy, LPE)法在钆镓石榴石(gadolinium gallium garnet, GGG)基底上制备了单晶(BiTm)3(GaFe)5O12膜, 并研究了其磁各向异性性能.研究发现, 当外延膜厚度大于1 µm时, 形状各向异性对磁各向异性产生的影响可以忽略; 随着生长温度的上升, 进入薄膜组分的Bi3+离子数量逐渐减少, 薄膜晶格常数逐渐减小, 薄膜的受力状态从压应力状态逐渐变为张应力; 相较于生长感生各向异性, 应力诱导的各向异性在磁各向异性的变化中占主导地位.(BiTm)3(GaFe)5O12膜的Verdet常数为11.8 × 104 rad/Tm@1064 nm, 是常用磁光材料TGG的3000倍; 其外加工作磁场小于200 Oe,有利于实现磁光器件的小型化和薄膜化.

1 引 言

1957年, 美国贝尔实验室首次发现了钇铁石榴石(Y3Fe5O12, YIG)在近红外波段具有较低的光吸收系数和优异的磁光性能, 自此石榴石成为被广泛研究的磁光材料之一.易磁化轴垂直于薄膜表面的石榴石膜由于其外加饱和磁场小, 可以满足磁光器件小型化、节能化的发展需求, 在磁光器件中有很大的发展潜力[1−2].

LPE一直是制备单晶石榴石薄膜的最佳工艺之一.但是纯YIG材料的比法拉第旋角小, 且易磁化轴在膜面内, 需……