具有矩形磁滞回线和高矫顽磁场的磁光晶体及制备方法，晶体的化学表达式为(Y3(1-x-y)Eu3xBi3y)(Fe5(1-z)Ga5z)O12。该晶体具有高的矫顽磁场和近似矩形的磁滞回线，饱和磁化后具有高的剩磁比，在磁光器件，如光隔离器的应用中，可实现自锁，不需另加磁场，非常有利于器件的微型化和集成化。采用光学浮区法或顶部籽晶法可生长出高质量的单晶，用液相外延法和磁控溅射法在衬底基片上可分别生长出单晶和非晶薄膜。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于人工体材料领域，具体的说是一种具有矩形磁滞回线和高矫顽磁场的磁光晶体。
技术介绍
钇铁石榴石(YIG)磁光晶体和薄膜可以用在光隔离器、光纤电流传感器、激光陀螺、微波器件、环形器及磁光显示器等磁光器件中。其中光隔离器是现代光通信技术等领域中不可缺少的关键器件之一，作为一种单向器，光隔离器是一种光非互易传播光纤无源器件。作为磁光隔离器核心部件，所用磁光晶体材料的品质，直接关系到器件隔离度和信息传输质量。九十年代后，光隔离器的发展特点是朝着波长系列化、高指标及小型化方向发展。 因此，长期以来人们一直在寻找具有优异性能的新型磁光材料。目前用磁光晶体制成的法拉弟转子约Imm厚左右，需要一个相当大的永久磁铁使其处于饱和磁化状态，外加磁场对光隔离器及分束器等光通讯器件的微型化、集成化及新结构器件设计都是不利的。本专利技术通过对钇铁石榴石(YIG)的掺杂取代，使晶体具有矩形磁滞回线和高的矫顽磁场，充磁后能形成自锁，这样在器件中就不需外加磁场，将非常有利于器件的微型化和集成化。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种具有矩形磁滞回线和高矫顽磁场的磁光晶体及其制备方法。本专利技术的技术方案一种具有矩形磁滞回线和高矫顽磁场的磁光晶体，所述磁光晶体的化学表达式为(Y3(1_x_y)Eu3xBi3y) (Fe55(HGEi5z)O12，其中 0<X<l，0<y<l，0<z < 1。所述磁光晶体的矫顽磁场大于IOOOOe时，Eu3+离子的掺杂浓度范围为 IOat% -20at%，即χ的取值范围为0. 1-0. 2 ；Bi3+离子的掺杂浓度范围为IOat% -20at%, 即y的取值范围为0. 1-0. 2 ；( 3+离子的掺杂浓度范围为20at% -40at%，即ζ的取值范围为0. 2-0. 4，其中at%表示原子百分比。一种具有矩形磁滞回线和高矫顽磁场的磁光晶体的制备方法，可以采用下列方法之一①光学浮区法按下列反应方程式称取各氧化物原料3xEu203+3yBi203+3 (Ι-χ-y) Y203+5 (l_z) Fe203+5zGa203 = 2 (Y3(1_x_y)Eu3xBi3y) (Fe5(1_z) fei5z)012，其中0. 1 < χ < 0. 2，0. 1 < y < 0. 2，0. 2 < ζ < 0. 4。采用传统固相反应烧结工艺及等静压制备多晶料棒，把料棒及籽晶棒装入光学浮区炉中，卤素石英灯产生的红外光经过反射聚焦在料棒的底部，形成窄的熔区，与下部的籽晶相连，原料棒和籽晶杆反向旋转使熔体混合均勻，熔区一旦稳定以后，料棒和籽晶杆同时向下移动，熔体沿籽晶向上结晶、生长。当原料棒向下移动并全部通过聚焦中心，晶体生长结束。即用光学浮区法获得(Y3(1-x-y) Eu3xBi3y) (Fe5(1_z)Ga5z) O12 单晶。②顶部籽晶法按下列反应方程式称取各氧化物原料3xEu203+3yBi203+3 (Ι-χ-y) Y203+5 (1-z) Fe203+5zGa203 = 2 (Y3(1_x_y)Eu3xBi3y) (Fe5(1_z) Ga5z) O12，其中 0. 1 < χ < 0. 2，0. 1 < y < 0. 2，0. 2 < ζ < 0. 4，使用 Bi2O3 和 B2O3 作为助熔剂，其中作为助溶剂Bi2O3的量为上述反应式中Bi2O3重量的4-8倍，B2O3的量为上述反应式中总重量的2-6%。将称取的原料均勻混合并压块后放入钼金坩埚中，使用带有提拉和旋转装置的井式电阻炉加热，在1290°C -1300°C温度范围内把上述块状原料熔化，将Y3Fe5Ojf 晶伸入熔体中，籽晶转速10-20转/分钟，待稳定后缓慢降温至1230°C-1240°C时将晶体提拉出液面，即用顶部籽晶法获得(Y3(1_x_y)Eu3xBi3y) (Fe5(Hfei5z)O12单晶。③液相外延法按下列反应方程式称取各氧化物原料3xEu203+3yBi203+3 (Ι-χ-y) Y203+5 (l_z) Fe203+5zGa203 = 2 (Y3(1_x_y)Eu3xBi3y) (Fe5(1_z) Ga5z) O12，其中 0. 1 < χ < 0. 2，0. 1 < y < 0. 2，0. 2 < ζ < 0. 4，使用 Bi2O3 和 B2O3 作为助熔剂，其中作为助溶剂Bi2O3的量为上述反应式中Bi2O3重量的4-8倍，B2O3的量为上述反应式中总重量的2-6%。将称取的原料均勻混合并压块后放入钼金坩埚中，使用带有提拉和旋转装置的井式电阻炉加热，在1290°C -1300°C温度范围内把上述块状原料熔化，将钆镓石榴石(GGG)基片伸入熔体中，缓慢温度降至1230°C -1240°C时，将基片提拉出熔体，即用液相外延法获得(Y3_x_yEuxBiy) (Fe^zGaz)O12单晶薄膜。④磁控溅射法首先按下列反应方程式称取各氧化物原料3xEu203+3yBi203+3 (Ι-χ-y) Y203+5 (1-z) Fe203+5zGa203 = 2 (Y3(1_x_y)Eu3xBi3y) (Fe5(1_z) Ga5z) O12，其中0. 1 < χ < 0. 2，0. 1 < y < 0. 2，0. 2 < ζ < 0. 4，将称取的氧化物原料均勻混合并压成圆块，在1500°C高温烧结M小时后作为多晶靶材，使用磁控溅射仪上在SiO2或1%0 衬底上制备(Y3(1_x_y)Eu3xBi3y) (Fe5a_z)(}a5z)012非晶薄膜，将获得的非晶薄膜再通过1000°C热处理后最终可得到(Y3(1_x_y)Eu3xBi3y) (Fe5(Hfei5z)O12多晶薄膜。本专利技术的原理本专利技术的磁光晶体属于立方晶系，Eu3+和Bi3+都是取代晶体中氧十二面体中心位置的Y3+Aa3+取代晶体中氧八面体或氧四面体中心位置的狗3+离子。此晶体具有高的矫顽磁场和矩形的磁滞回线，如图1所示的近似矩形的磁滞回线。图中Bs为饱和磁化强度，Hc为矫顽磁场，其中H。的值大于lOOOOe。饱和磁化后具有高的剩磁比，接近 1，在磁光器件，如光隔离器的应用中，可实现自锁，不需另加磁场，非常有利于器件的微型化和集成化。通常采用光学浮区法或顶部籽晶法生长YIG钇铁石榴石单晶，这种方法可以生长出尺寸较大的具有实用价值的单晶；也可以用液相外延法在GGG等衬底上制备YIG单晶薄膜；或者采用磁控溅射法在SiO2或MgO等衬底上生长非晶薄膜，再通过热处理得到多晶薄膜。本专利技术与现有技术相比的优点在于(1)本专利技术的磁光晶体具有高的矫顽磁场(即矫顽磁场大约为IOOOOe)和近似矩形的磁滞回线，饱和磁化后具有高的剩磁比，在磁光器件，如光隔离器的应用中，可实现自锁，不需另加磁场，非常有利于器件的微型化和集成化。(2)本专利技术磁光晶体的制备方法采用加入光学浮区法和助溶剂顶部籽晶法生长出高质量单晶，用液相外延法和磁控溅射法在衬底基片上可分别生长出单晶和非晶薄膜，简单、易行。附图说明图本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．具有矩形磁滞回线和高矫顽磁场的磁光晶体，其特征在于：所述磁光晶体的化学表达式为（Ｙ３（１－ｘ－ｙ）Ｅｕ３ｘＢｉ３ｙ）（Ｆｅ５（１－ｚ）Ｇａ５ｚ）Ｏ１２，其中０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｚ＜１。
【技术特征摘要】
1.具有矩形磁滞回线和高矫顽磁场的磁光晶体，其特征在于所述磁光晶体的化学表达式为(Y3(1_x_y)Eu3xBi3y) (Fe5a_z)fei5z)012，其中 0 < χ < 1,0 < y < 1,0 < ζ < I02.根据权利要求1所述的具有矩形磁滞回线和高矫顽磁场的磁光晶体，其特征在于 所述磁光晶体的矫顽磁场大于IOOOOe时，Eu3+离子的掺杂浓度范围为10-20at%，即χ的取值范围为0. 1-0. 2 ；Bi3+离子的掺杂浓度范围为10-20at%,BP y的取值范围为0. 1-0. 2 ； Ga3+离子的掺杂浓度范围为20-40at%，即ζ的取值范围为0. 2-0. 4，其中at%表示原子百分比。3.一种具有矩形磁滞回线和高矫顽磁场的磁光晶体制备方法，其特征在于可以采用下列方法之一实现①光学浮区法按分子式(Y3(1_x_y)Eu3xBi3y)(Fe^h)O12称取各氧化物原料并均勻混合，通过高温烧结、模具成型及等静压制成多晶料棒，将多晶料棒装入光学浮区炉中，使用光学浮区法制备(Y3(1-x-y) Eu3s...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙敦陆，张庆礼，罗建乔，刘文鹏，谷长江，秦清海，李为民，韩松，江海河，殷绍唐，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34
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