Materiali magneto-ottici delle terre rare
I materiali magneto-ottici si riferiscono a materiali funzionali di informazione ottica con effetti magneto-ottici nelle bande dall'ultravioletto all'infrarosso. I materiali magneto-ottici delle terre rare sono un nuovo tipo di materiali funzionali per l'informazione ottica che possono essere trasformati in dispositivi ottici con varie funzioni utilizzando le loro proprietà magneto-ottiche e l'interazione e la conversione di luce, elettricità e magnetismo. Come modulatori, isolatori, circolatori, interruttori magneto-ottici, deflettori, sfasatori, processori ottici di informazioni, display, memorie, specchi polarizzati per giroscopi laser, magnetometri, sensori magneto-ottici, macchine da stampa, videoregistratori, macchine per il riconoscimento di modelli, dischi ottici , guide d'onda ottiche, ecc.
La fonte dell'ottica magnetica per terre rare
ILelemento delle terre raregenera un momento magnetico non corretto a causa dello strato di elettroni 4f non riempito, che è la fonte di forte magnetismo; Allo stesso tempo, può anche portare a transizioni elettroniche, che sono la causa dell’eccitazione della luce, portando a forti effetti magneto-ottici.
I metalli puri delle terre rare non mostrano forti effetti magneto-ottici. Solo quando gli elementi delle terre rare vengono drogati in materiali ottici come vetro, cristalli composti e pellicole di leghe, apparirà il forte effetto magneto-ottico degli elementi delle terre rare. I materiali magneto-ottici comunemente utilizzati sono elementi del gruppo di transizione come cristalli di granato (REBi) 3 (FeA) 5O12 (elementi metallici come A1, Ga, Sc, Ge, In), film amorfi RETM (Fe, Co, Ni, Mn ) e vetri di terre rare.
Cristallo ottico magnete
I cristalli magneto-ottici sono materiali cristallini con effetti magneto-ottici. L'effetto magneto-ottico è strettamente correlato al magnetismo dei materiali cristallini, in particolare alla forza di magnetizzazione dei materiali. Pertanto, alcuni eccellenti materiali magnetici sono spesso materiali magneto-ottici con eccellenti proprietà magneto-ottiche, come il granato di ferro ittrio e i cristalli di granato di ferro delle terre rare. In generale, i cristalli con migliori proprietà magneto-ottiche sono cristalli ferromagnetici e ferrimagnetici, come EuO ed EuS sono ferromagneti, il granato di ferro ittrio e il granato di ferro di terre rare drogato con bismuto sono ferrimagneti. Attualmente vengono utilizzati principalmente questi due tipi di cristalli, in particolare cristalli magnetici ferrosi.
Materiale magneto-ottico granato ferroso di terre rare
1. Caratteristiche strutturali dei materiali magneto-ottici del granato ferroso delle terre rare
I materiali in ferrite di tipo granato sono un nuovo tipo di materiali magnetici che si sono sviluppati rapidamente nei tempi moderni. Il più importante di essi è il granato di ferro delle terre rare (noto anche come granato magnetico), comunemente indicato come RE3Fe2Fe3O12 (può essere abbreviato come RE3Fe5O12), dove RE è uno ione ittrio (alcuni sono anche drogati con plasma Ca, Bi), Fe gli ioni nel Fe2 possono essere sostituiti dal plasma In, Se, Cr e gli ioni Fe nel plasma Fe possono essere sostituiti dal plasma A, Ga. Finora sono stati prodotti un totale di 11 tipi di granato di ferro singolo di terre rare, il più tipico dei quali è Y3Fe5O12, abbreviato in YIG.
2. Materiale magneto-ottico granato di ittrio e ferro
Il granato ittrio-ferro (YIG) fu scoperto per la prima volta dalla Bell Corporation nel 1956 come un singolo cristallo con forti effetti magneto-ottici. Il granato ferro-ittrio magnetizzato (YIG) ha una perdita magnetica inferiore di diversi ordini di grandezza rispetto a qualsiasi altra ferrite nel campo ad altissima frequenza, il che lo rende ampiamente utilizzato come materiale per la memorizzazione di informazioni.
3. Materiali ottici magnetogranati di ferro e terre rare della serie Bi ad alto drogaggio
Con lo sviluppo della tecnologia di comunicazione ottica sono aumentati anche i requisiti di qualità e capacità di trasmissione delle informazioni. Dal punto di vista della ricerca sui materiali, è necessario migliorare le prestazioni dei materiali magneto-ottici come nucleo degli isolatori, in modo che la loro rotazione di Faraday abbia un piccolo coefficiente di temperatura e una grande stabilità della lunghezza d'onda, al fine di migliorare la stabilità dell'isolamento del dispositivo contro variazioni di temperatura e lunghezza d'onda. I cristalli singoli e i film sottili del granato di ferro delle terre rare della serie di ioni Bi ad alto drogaggio sono diventati il fulcro della ricerca.
Il film sottile monocristallino Bi3Fe5O12 (BiG) fa sperare nello sviluppo di piccoli isolatori magneto-ottici integrati. Nel 1988, T. Kouda et al. hanno ottenuto per la prima volta film sottili monocristallini di Bi3FesO12 (BiIG) utilizzando il metodo di deposizione reattiva al plasma sputtering RIBS (reazione lon bean sputtering). Successivamente, gli Stati Uniti, il Giappone, la Francia e altri paesi hanno ottenuto con successo pellicole magneto-ottiche di granato di ferro e terre rare drogate con Bi3Fe5O12 e ad alto contenuto di Bi utilizzando vari metodi.
4. Materiali magneto-ottici con granato di ferro e terre rare drogati con Ce
Rispetto ai materiali comunemente usati come YIG e GdBiIG, il granato di ferro delle terre rare drogato con Ce (Ce: YIG) ha le caratteristiche di un ampio angolo di rotazione di Faraday, un basso coefficiente di temperatura, un basso assorbimento e un basso costo. Attualmente è il nuovo tipo più promettente di materiale magneto-ottico con rotazione di Faraday.
Applicazione di materiali magneto-ottici di terre rare
I materiali in cristallo ottico magnete hanno un significativo effetto Faraday puro, un basso coefficiente di assorbimento alle lunghezze d'onda e un'elevata magnetizzazione e permeabilità. Utilizzato principalmente nella produzione di isolatori ottici, componenti ottici non reciproci, memoria magneto-ottica e modulatori magneto-ottici, comunicazione in fibra ottica e dispositivi ottici integrati, archiviazione informatica, operazioni logiche e funzioni di trasmissione, display magneto-ottici, registrazione magneto-ottica, nuovi dispositivi a microonde , giroscopi laser, ecc. Con la continua scoperta di materiali cristallini magneto-ottici, aumenterà anche la gamma di dispositivi che possono essere applicati e fabbricati.
(1) Isolatore ottico
Nei sistemi ottici come la comunicazione in fibra ottica, c'è luce che ritorna alla sorgente laser a causa delle superfici riflettenti di vari componenti nel percorso ottico. Questa luce rende instabile l'intensità della luce in uscita della sorgente laser, causando rumore ottico e limitando notevolmente la capacità di trasmissione e la distanza di comunicazione dei segnali nella comunicazione in fibra ottica, rendendo il sistema ottico instabile durante il funzionamento. Un isolatore ottico è un dispositivo ottico passivo che consente il passaggio solo della luce unidirezionale e il suo principio di funzionamento si basa sulla non reciprocità della rotazione di Faraday. La luce riflessa attraverso gli echi della fibra ottica può essere ben isolata mediante isolatori ottici.
(2) Tester di corrente magneto-ottico
Il rapido sviluppo dell’industria moderna ha posto requisiti più elevati per la trasmissione e il rilevamento delle reti elettriche, e i metodi tradizionali di misurazione dell’alta tensione e dell’alta corrente dovranno affrontare sfide difficili. Con lo sviluppo della tecnologia delle fibre ottiche e della scienza dei materiali, i tester di corrente magneto-ottici hanno guadagnato un'attenzione diffusa grazie alle loro eccellenti capacità di isolamento e anti-interferenza, all'elevata precisione di misurazione, alla facile miniaturizzazione e all'assenza di potenziali rischi di esplosione.
(3) Dispositivo a microonde
YIG ha le caratteristiche di una stretta linea di risonanza ferromagnetica, una struttura densa, una buona stabilità della temperatura e una perdita elettromagnetica caratteristica molto piccola alle alte frequenze. Queste caratteristiche lo rendono adatto alla realizzazione di vari dispositivi a microonde come sintetizzatori ad alta frequenza, filtri passa-banda, oscillatori, driver di sintonizzazione AD, ecc. È stato ampiamente utilizzato nella banda di frequenza delle microonde al di sotto della banda dei raggi X. Inoltre, i cristalli magneto-ottici possono anche essere trasformati in dispositivi magneto-ottici come dispositivi a forma di anello e display magneto-ottici.
(4) Memoria magneto-ottica
Nella tecnologia di elaborazione delle informazioni, i supporti magneto-ottici vengono utilizzati per registrare e archiviare informazioni. La memoria ottica magneto è leader nella memoria ottica, con le caratteristiche di grande capacità e sostituzione gratuita della memoria ottica, nonché i vantaggi della riscrittura cancellabile della memoria magnetica e velocità di accesso media simile ai dischi rigidi magnetici. Il rapporto costo/prestazioni sarà determinante per stabilire se i dischi magneto-ottici potranno aprire la strada.
(5) TG monocristallo
TGG è un cristallo sviluppato da Fujian Fujing Technology Co., Ltd. (CASTECH) nel 2008. I suoi principali vantaggi: il cristallo singolo TGG ha una grande costante magneto-ottica, un'elevata conduttività termica, una bassa perdita ottica e un'elevata soglia di danno laser, e è ampiamente utilizzato nei laser ad amplificazione multilivello, ad anello e a iniezione di semi come YAG e zaffiro drogato con T
Orario di pubblicazione: 16 agosto 2023