希土類磁気光学材料
磁気光学材料とは、紫外域から赤外域までの磁気光学効果を有する光情報機能材料を指します。希土類磁気光学材料は、その磁気光学特性や光・電気・磁気の相互作用・変換を利用して、さまざまな機能を有する光デバイスを実現できる新しいタイプの光情報機能材料です。変調器、アイソレータ、サーキュレータ、光磁気スイッチ、偏向器、移相器、光情報プロセッサ、ディスプレイ、メモリ、レーザージャイロバイアスミラー、磁力計、光磁気センサー、印刷機、ビデオレコーダー、パターン認識機、光ディスクなど、光導波路など。
レアアース磁気光学の源
の希土類元素充填されていない4f電子層により未補正の磁気モーメントが生成され、これが強い磁気の源となります。同時に、光励起の原因となる電子遷移も引き起こし、強力な磁気光学効果を引き起こす可能性があります。
純粋な希土類金属は強い磁気光学効果を示しません。ガラス、化合物結晶、合金膜などの光学材料に希土類元素をドープすると、希土類元素の強い磁気光学効果が現れます。一般的に使用される磁気光学材料は、(REBi) 3 (FeA) 5O12 ガーネット結晶 (Al、Ga、Sc、Ge、In などの金属元素) などの遷移族元素、RETM アモルファス膜 (Fe、Co、Ni、Mn) です。 ）、希土類ガラス。
磁気光学結晶
磁気光学結晶は、磁気光学効果を持つ結晶材料です。磁気光学効果は結晶材料の磁性、特に材料の磁化の強さと密接に関係しています。したがって、優れた磁性材料には、イットリウム鉄ガーネットや希土類鉄ガーネットの結晶など、優れた磁気光学特性を有する磁気光学材料が多くなる。一般に、より優れた磁気光学特性を持つ結晶は強磁性結晶とフェリ磁性結晶です。たとえば、EuO や EuS は強磁性体、イットリウム鉄ガーネットやビスマスをドープした希土類鉄ガーネットはフェリ磁性体です。現在、これら 2 種類の結晶、特に鉄磁性結晶が主に使用されています。
希土類鉄ガーネット磁気光学材料
1. 希土類鉄ガーネット磁気光学材料の構造的特徴
ガーネット型フェライト材料は、現代において急速に発展した新しいタイプの磁性材料です。それらの中で最も重要なものは、一般に RE3Fe2Fe3O12 (RE3Fe5O12 と略すこともできます) と呼ばれる希土類鉄ガーネット (磁性ガーネットとしても知られています) です。ここで、RE はイットリウム イオンです (一部には Ca、Bi プラズマもドープされています)、Fe Fe2 中のイオンは In、Se、Cr プラズマで置き換えることができ、Fe 中の Fe イオンは A、Ga プラズマで置き換えることができます。これまでに合計 11 種類の単一希土類鉄ガーネットが生産されており、最も代表的なものは Y3Fe5O12 (略称 YIG) です。
2. イットリウム鉄ガーネット磁気光学材料
イットリウム鉄ガーネット (YIG) は、1956 年に強い磁気光学効果を持つ単結晶として Bell Corporation によって初めて発見されました。磁化されたイットリウム鉄ガーネット (YIG) は、超高周波領域において他のフェライトよりも磁気損失が数桁低いため、情報記憶材料として広く使用されています。
3. 高ドープ Bi シリーズ希土類鉄ガーネット磁気光学材料
光通信技術の発展に伴い、情報伝送の品質と容量に対する要求も高まっています。材料研究の観点から、素子分離の安定性を向上させるためには、アイソレータの中核となる磁気光学材料の性能を向上させ、ファラデー回転の温度係数が小さく、波長安定性が大きいことが必要です。温度も波長も変わります。高ドープBiイオン系希土類鉄ガーネット単結晶や薄膜が研究の焦点となっている。
Bi3Fe5O12 (BiG) 単結晶薄膜は、集積型小型磁気光アイソレータの開発に希望をもたらします。 1988 年、T Kouda ら。らは、反応性プラズマスパッタリング蒸着法 RIBS (リアクションロンビーンスパッタリング) を用いて、Bi3FesO12 (BiIG) 単結晶薄膜を初めて取得しました。その後、米国、日本、フランスなどが、さまざまな方法を用いて Bi3Fe5O12 および高 Bi ドープ希土類鉄ガーネット磁気光学膜の取得に成功しました。
4. Ceドープ希土類鉄ガーネット磁気光学材料
Ceドープ希土類鉄ガーネット(Ce:YIG)は、一般的に使用されているYIGやGdBiIGなどの材料と比較して、ファラデー回転角が大きく、温度係数が低く、吸収が低く、コストが低いという特徴を持っています。現在、最も有望な新しいタイプのファラデー回転磁気光学材料です。
希土類磁気光学材料の応用
磁気光学結晶材料は、顕著な純粋ファラデー効果、波長での低い吸収係数、および高い磁化と透磁率を備えています。主に光アイソレータ、光非相反部品、光磁気メモリと光磁気変調器、光ファイバ通信と光集積デバイス、コンピュータストレージ、論理演算と送信機能、光磁気ディスプレイ、光磁気記録、新型マイクロ波デバイスの製造に使用されます。磁気光学結晶材料の継続的な発見により、応用および製造できるデバイスの範囲も増加します。
(1) 光アイソレータ
光ファイバー通信などの光学システムでは、光路内のさまざまなコンポーネントの反射面によりレーザー光源に戻る光があります。この光は、レーザ光源の出力光強度を不安定にし、光ノイズの原因となり、光ファイバ通信における信号の伝送容量や通信距離を大きく制限し、光学系の動作を不安定にする。光アイソレータは、一方向の光のみを通過させる受動的な光デバイスであり、その動作原理はファラデー回転の非相反性に基づいています。光ファイバーエコーを介して反射された光は、光アイソレーターによって適切に分離できます。
(2) 光磁気電流測定器
現代産業の急速な発展により、送電網の送電と検出に対する要件がさらに高まっており、従来の高電圧および大電流の測定方法は厳しい課題に直面することになります。光ファイバー技術と材料科学の発展に伴い、光磁気電流テスターは、その優れた絶縁性と耐干渉性、高い測定精度、容易な小型化、爆発の危険性がないため、広く注目を集めています。
(3) マイクロ波装置
YIGは、狭い強磁性共鳴線、緻密な構造、優れた温度安定性、および高周波での特性電磁損失が非常に小さいという特徴を備えています。この特性を利用して、高周波シンセサイザー、バンドパスフィルター、発振器、AD同調ドライバーなどの各種マイクロ波デバイスの作製に適しており、X線帯域以下のマイクロ波周波数帯域で広く使用されています。さらに、磁気光学結晶は、リング状デバイスや磁気光学ディスプレイなどの磁気光学デバイスを作成することもできます。
(4) 光磁気メモリ
情報処理技術では、情報の記録と保存に光磁気メディアが使用されます。光磁気ストレージは光ストレージのリーダーであり、光ストレージの大容量と自由な交換という特徴に加え、磁気ストレージの消去可能な再書き込みと磁気ハードドライブと同様の平均アクセス速度という利点を備えています。光磁気ディスクが時代をリードできるかどうかはコストパフォーマンスが鍵となる。
(5) TG単結晶
TGG は、Fujian Fujing Technology Co., Ltd. (CASTECH) によって 2008 年に開発された結晶です。その主な利点: TGG 単結晶は、大きな磁気光学定数、高い熱伝導率、低い光損失、および高いレーザー損傷閾値を備えています。マルチレベル増幅、リング、およびYAGやTドープサファイアなどのシード注入レーザーで広く使用されています。
投稿日時: 2023 年 8 月 16 日