面外取向的(BiTm)3(GaFe)5O12磁光单晶薄膜制备及取向机理分析

• 作者: 杨雪 杨青慧 张怀武 文岐业 白飞明 钟智勇 张鼎 黄建涛
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 液相外延 磁各向异性 晶格失配
• 年，卷（期）: 2021,（10）
• 所属期刊栏目: 凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质|CONDENSED MATTER: ELECTRONIC STRUCTURE, ELECTRICAL,MAGNETIC, AND OPTICAL PROPERTIES
• 页码范围: 296-303
• 页数: 8页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.70.20202209

摘要

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(gadoli-nium 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1μm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.