Materiais magneto-ópticos de terras raras
Os materiais magneto-ópticos referem-se a materiais funcionais de informação óptica com efeitos magneto-ópticos nas faixas ultravioleta a infravermelha. Os materiais magneto-ópticos de terras raras são um novo tipo de materiais funcionais de informação óptica que podem ser transformados em dispositivos ópticos com várias funções, utilizando suas propriedades magneto-ópticas e a interação e conversão de luz, eletricidade e magnetismo. Tais como moduladores, isoladores, circuladores, interruptores magneto-ópticos, defletores, deslocadores de fase, processadores de informação óptica, monitores, memórias, espelhos giroscópios a laser, magnetômetros, sensores magneto-ópticos, máquinas de impressão, gravadores de vídeo, máquinas de reconhecimento de padrões, discos ópticos , guias de onda ópticos, etc.
A fonte da magnetoóptica de terras raras
Oelemento de terra raragera um momento magnético não corrigido devido à camada de elétrons 4f não preenchida, que é a fonte de forte magnetismo; Ao mesmo tempo, também pode levar a transições de elétrons, que é a causa da excitação luminosa, levando a fortes efeitos magneto-ópticos.
Metais de terras raras puros não exibem fortes efeitos magneto-ópticos. Somente quando os elementos de terras raras são dopados em materiais ópticos, como vidro, cristais compostos e filmes de liga, é que o forte efeito magneto-óptico dos elementos de terras raras aparecerá. Os materiais magneto-ópticos comumente usados são elementos do grupo de transição, como cristais de granada (REBi) 3 (FeA) 5O12 (elementos metálicos como A1, Ga, Sc, Ge, In), filmes amorfos RETM (Fe, Co, Ni, Mn ) e vidros de terras raras.
Cristal magneto-óptico
Cristais magneto-ópticos são materiais cristalinos com efeitos magneto-ópticos. O efeito magneto-óptico está intimamente relacionado ao magnetismo dos materiais cristalinos, especialmente à força de magnetização dos materiais. Portanto, alguns materiais magnéticos excelentes são frequentemente materiais magneto-ópticos com excelentes propriedades magneto-ópticas, como granada de ferro ítrio e cristais de granada de ferro de terras raras. De modo geral, os cristais com melhores propriedades magneto-ópticas são cristais ferromagnéticos e ferrimagnéticos, como EuO e EuS sendo ferromagnetos, granada de ferro ítrio e granada de ferro de terras raras dopada com bismuto sendo ferrimagnetos. Atualmente, esses dois tipos de cristais são utilizados principalmente, especialmente cristais magnéticos ferrosos.
Material magneto-óptico de granada de ferro de terras raras
1. Características estruturais de materiais magneto-ópticos de granada de ferro de terras raras
Os materiais de ferrite do tipo granada são um novo tipo de materiais magnéticos que se desenvolveram rapidamente nos tempos modernos. O mais importante deles é a granada de ferro de terras raras (também conhecida como granada magnética), comumente referida como RE3Fe2Fe3O12 (pode ser abreviada como RE3Fe5O12), onde RE é um íon ítrio (alguns também são dopados com Ca, Bi plasma), Fe íons em Fe2 podem ser substituídos por plasma In, Se, Cr, e íons Fe em Fe podem ser substituídos por plasma A, Ga. Há um total de 11 tipos de granada de ferro de terras raras únicas que foram produzidas até agora, sendo a mais típica a Y3Fe5O12, abreviada como YIG.
2. Material magneto-óptico de granada de ferro ítrio
A granada de ítrio e ferro (YIG) foi descoberta pela primeira vez pela Bell Corporation em 1956 como um único cristal com fortes efeitos magneto-ópticos. A granada de ítrio-ferro magnetizada (YIG) tem uma perda magnética várias ordens de magnitude menor do que qualquer outra ferrita no campo de frequência ultra-alta, tornando-a amplamente utilizada como material de armazenamento de informações.
3. Materiais magneto-ópticos de granada de ferro de terras raras de série Bi altamente dopada
Com o desenvolvimento da tecnologia de comunicação óptica, os requisitos de qualidade e capacidade de transmissão de informações também aumentaram. Do ponto de vista da pesquisa de materiais, é necessário melhorar o desempenho dos materiais magneto-ópticos como núcleo dos isoladores, para que sua rotação de Faraday tenha um pequeno coeficiente de temperatura e grande estabilidade de comprimento de onda, a fim de melhorar a estabilidade do isolamento do dispositivo contra mudanças de temperatura e comprimento de onda. Cristais únicos e filmes finos de granada de ferro de terras raras da série Bi-ion altamente dopados tornaram-se o foco da pesquisa.
O filme fino de cristal único Bi3Fe5O12 (BiG) traz esperança para o desenvolvimento de pequenos isoladores magneto-ópticos integrados. Em 1988, T. Kouda et al. obteve filmes finos de cristal único Bi3FesO12 (BiIG) pela primeira vez usando o método de deposição por pulverização catódica com plasma reativo RIBS (reaction lon bean sputtering). Posteriormente, os Estados Unidos, Japão, França e outros obtiveram com sucesso filmes magneto-ópticos de granada de ferro de terras raras dopados com Bi3Fe5O12 e alto Bi usando vários métodos.
4. Materiais magneto-ópticos de granada de ferro de terras raras dopados com Ce
Comparada com materiais comumente usados, como YIG e GdBiIG, a granada de ferro de terras raras dopada com Ce (Ce: YIG) tem as características de grande ângulo de rotação de Faraday, coeficiente de baixa temperatura, baixa absorção e baixo custo. Atualmente é o novo tipo mais promissor de material magneto-óptico de rotação de Faraday.
Aplicação de materiais magnetoópticos de terras raras
Os materiais de cristal magneto-óptico têm um efeito Faraday puro significativo, baixo coeficiente de absorção em comprimentos de onda e alta magnetização e permeabilidade. Usado principalmente na produção de isoladores ópticos, componentes ópticos não recíprocos, memória magneto óptica e moduladores magneto ópticos, comunicação de fibra óptica e dispositivos ópticos integrados, armazenamento de computador, operação lógica e funções de transmissão, displays magneto ópticos, gravação magneto óptica, novos dispositivos de microondas , giroscópios a laser, etc. Com a descoberta contínua de materiais de cristal magneto-ópticos, a gama de dispositivos que podem ser aplicados e fabricados também aumentará.
(1) Isolador óptico
Em sistemas ópticos como a comunicação por fibra óptica, há luz que retorna à fonte do laser devido às superfícies de reflexão de vários componentes no caminho óptico. Essa luz torna instável a intensidade da luz de saída da fonte de laser, causando ruído óptico e limitando bastante a capacidade de transmissão e a distância de comunicação dos sinais na comunicação de fibra óptica, tornando o sistema óptico instável em operação. Um isolador óptico é um dispositivo óptico passivo que permite apenas a passagem de luz unidirecional e seu princípio de funcionamento é baseado na não reciprocidade da rotação de Faraday. A luz refletida através dos ecos da fibra óptica pode ser bem isolada por isoladores ópticos.
(2) Testador de corrente magneto-óptica
O rápido desenvolvimento da indústria moderna impôs requisitos mais elevados para a transmissão e detecção de redes elétricas, e os métodos tradicionais de medição de alta tensão e alta corrente enfrentarão graves desafios. Com o desenvolvimento da tecnologia de fibra óptica e da ciência dos materiais, os testadores de corrente magneto-ópticos ganharam ampla atenção devido às suas excelentes capacidades de isolamento e anti-interferência, alta precisão de medição, fácil miniaturização e nenhum risco potencial de explosão.
(3) Dispositivo de microondas
YIG tem as características de linha estreita de ressonância ferromagnética, estrutura densa, boa estabilidade de temperatura e perda eletromagnética característica muito pequena em altas frequências. Essas características o tornam adequado para a fabricação de vários dispositivos de micro-ondas, como sintetizadores de alta frequência, filtros passa-banda, osciladores, drivers de sintonia AD, etc. Tem sido amplamente utilizado na banda de frequência de micro-ondas abaixo da banda de raios X. Além disso, os cristais magneto-ópticos também podem ser transformados em dispositivos magneto-ópticos, como dispositivos em forma de anel e displays magneto-ópticos.
(4) Memória magneto-óptica
Na tecnologia de processamento de informações, mídias magneto-ópticas são usadas para registrar e armazenar informações. O armazenamento magneto-óptico é líder em armazenamento óptico, com características de grande capacidade e livre troca de armazenamento óptico, além das vantagens de reescrita apagável do armazenamento magnético e velocidade média de acesso semelhante aos discos rígidos magnéticos. A relação custo-desempenho será a chave para saber se os discos magneto-ópticos podem liderar o caminho.
(5) Cristal único TG
TGG é um cristal desenvolvido pela Fujian Fujing Technology Co., Ltd. (CASTECH) em 2008. Suas principais vantagens: O cristal único TGG tem uma grande constante magneto-óptica, alta condutividade térmica, baixa perda óptica e alto limite de dano ao laser, e é amplamente utilizado em lasers de amplificação multinível, anel e injeção de sementes, como YAG e safira dopada com T
Horário da postagem: 16 de agosto de 2023