共沉淀法制备铋取代钇铁石榴石磁光薄膜的研究

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1、浙江大学硕十研究生论文第一章引言在磁性物质，如顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质的内部，具有原子或离子磁矩。这些具有固有磁矩的物质在外磁场的作用下，电磁特性会发生变化，因此使光波在其内部的传输特性也发乍变化，这种现象称为磁光效应(Magneto—opticaleffect)。其巾最为人们所熟悉，亦最有用的是法拉第效应，和克尔效应。磁光材料是指从紫外到红外波段具有磁光效应的光信息功能材料，磁光器件则是指用具有磁光效应的材料制作的各类光信息功能器件。这些期问广泛应用于光通讯和光存储领域。1966年人们发明了磁光调制器、磁光开关、磁光隔离器、磁光环行器、磁光旋转器、磁光相移器等磁光器件。随着光纤

2、技术和集成光学的发展，1972年起又诞生了波导型的集成磁光器件。1988年第一代磁光盘J下式面世，它具有高纪录密度(107～1010bit／cm2)，可擦除重写等独特优点。在这些器件的核心部分都是磁光材料，它的好坏直接决定着器件性能优劣。石榴石是一种优异的磁光材料，它具有光吸收少、比法拉第旋转较大等优点，而且物理化学性质稳定，所以成为主要的研究对象并已经实现商业化，其中钇铁石榴石(YIG)是最常用、最典型的石榴石材料。单纯的YIG法拉第旋转角较小(九=1．55urn，0v=180。／cm)、饱和磁化强度较高，难于小型化集成化，不适应未来光集成技术发展的要求。经研究发现，通过对YIG进{j：掺杂

3、可以很大地改善其磁光性能。当前效果最好、最引人注目的就是BP掺杂系列，它大大提高了法拉第效应。但传统工艺制备Bi—Y1G薄膜需要非常昂贵的GGG衬底，成本冈素限制这种优秀材料的实用化。本文采用共沉淀加旋转镀膜法、共沉淀加高温热解法、以及共沉淀加磁控溅射法，成功在廉价的玻璃和石英衬底上生长了Bi．YIG薄膜，在获得良好磁光优质的同时大大降低了Bi—YIG薄膜成本。摘要磁光记录是目前发展最完备的可擦除重写式光记录技术。从记录密度角度考虑，由于光衍射的限制，最小记录尺、r与激光源的波长成正比。因此传统的磁光记录介质一稀十金属与过渡组金属的合金就表现出局限性，因为这种材料在短波长范围的磁光效应很小。而

4、且在没有很好封装的情况下，它的化学稳定性很差。铋取代钇铁石榴石在短波长范围有巨大的磁光效应，而且它的化学稳定性良好。这种材料吸引人们的，。泛研究．并被看作最具前景的下一代磁光记录介质。在本文的综述部分，茸先介绍了什么是磁光效应，并且总结了不同类别的磁光材料。然后着重介绍了铁石榴石磁光材料的结构、磁学与磁光学性能、和它的发展历程。接下来介绍了Bi—YIG材料在目前的应用，例如磁光隔离器、磁光电流／磁场传感器和磁光记录等。最后比较了不同解释磁光现象的理论模型。本文实验研究由以下四部分组成：1．共沉淀法制备Bi—YIG纳米颗粒。讨论了PH值、研磨时间和热处理条件对Bi--YIG纳米颗粒结晶情况和晶粒

5、尺寸的影响。2．共沉淀法加旋转镀膜法制备磁光复合薄膜。研究了热处理条件对薄膜法拉第旋转角、散射系数和磁光优质的影响。在波长633nm的激光下测量，最佳热处理条件下制备的薄膜的磁光优质可达4．7。。在这一章中还介绍了磁光效应的测试方法。3．高温热解氧氧化物沉淀法制备Bi--YIG多晶薄膜。这是一种新发明的制备Bi—Y1G多品薄膜方法。这种方法可以有效的把薄膜中晶粒的尺寸降低到10-20nm。而且这种方法比传统的高温热解硝酸溶液法在镀膜过程上也简单很多。4．磁控溅射Bi．YIG陶瓷靶材沉积Bi—YIG多晶薄膜。通过XRD图谱的检测，所有衍射峰都指向石榴石相。扫描电镜显示Bi．YIG薄膜是平整无裂纹

6、的。因此可以认为这种新型靶材适合用于磁控溅射制备Bi—YIG薄膜。浙}上人学颁士研究牛论文AbstractMagneto·opticalrecordingisthemosthighlydevelopederasableopticaldatastoragetechnology．Inthisrecordingmeans，minimummarklengthisproportionaltothewavelengthofthelasersource，becauseofthediffractionlimitation．Sotheconventionalmagneto-opticalrecordingmed

7、ian，rareearth-transitionmetal(Re—Tm)alloys，islimited，becauseofitssmallKerrrotationintheregionofshortwavelength．Furthermoreitschemicalstabilizationispoorunlessthefilmsarewellpassivated．Bismuthsubstitut