《高矯頑力摻雜鐵酸釔磁光晶體的生長與性能研究》是依託福州大學，由莊乃鋒擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高矯頑力摻雜鐵酸釔磁光晶體的生長與性能研究
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：莊乃鋒
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
磁光材料是新一代信息產業中不可或缺的關鍵功能材料。YFeO3晶體具有磁光優值高、回響速度快、矯頑力高等優點，有望用於超快磁光開關和無外磁場磁光隔離器等新型磁光器件。但大尺寸YFeO3晶體的生長極為困難，晶體高矯力磁性行為的起因和變化規律尚未明晰，有待進一步深入的研究。本項目從晶體生長方法上進行創新，採用導模提拉法生長大尺寸、高質量YFeO3單晶，破解該類晶體的生長難題。同時結合晶體微結構解析和量子化學理論計算，研究晶體的高矯頑力磁性行為、磁光效應產生機理，在此基礎上探尋具有高矯頑力、高磁光優值的摻雜YFeO3磁光晶體。項目研究有望獲得新型的磁光功能材料，從而促進新一代信息技術的發展，並進一步豐富晶體材料生長方法與理論。晶體高矯頑力產生機理的研究還可能為探尋、開發新型磁性材料提供借鑑與參考。
結題摘要
磁光材料是信息產業中不可或缺的關鍵功能材料。YFeO3晶體具有磁光優值高、回響速度快、矯頑力高等優點，有望用於超快磁光開關和無外磁場磁光隔離器等新型磁光器件。本項目採用導模提拉法生長YFeO3、Ce:YFeO3等系列鈣鈦礦型稀土鐵酸鹽晶體，通過研究熔體組分、導模模組縫隙等因素對晶體質量影響，分析其晶體生長機理，獲得大尺寸、高質量的單晶。項目還將導模提拉法套用於Ga:YIG、Ga:GIG、TGG等磁光晶體的生長，獲得了較理想的研究結果。對所生長的YFeO3等晶體進行了磁性表征。發現YFeO3晶體光軸方向的矯頑力Hc高達3082 Oe，非常有利於用作無外磁場的磁光隔離器。此外，鈣鈦礦型稀土鐵酸鹽晶體還表現出很強的磁各向異性，是晶體產生高矯頑力的主要因素。晶體的矯頑力對製備條件、摻雜離子等因素敏感。非磁性的Ga3+摻入也能在很大程度影響不同晶向的矯頑力。高濃度Ce3+摻雜可以使YFeO3晶體的矯頑力大為減小，有利於其用於磁光調製器。在YFeO3和Ce:YFeO3晶體結構的基礎上，基於第一性原理模擬了晶體的能帶結構、態密度圖、吸收光譜。發現YFeO3晶體摻入Ce3+有利於提高磁光性能。 為了加快項目研究進展、加深對磁光材料的磁性、磁光機理的理解，本項目在堅持採用導模提拉法生長摻鈰鐵酸釔晶體的同時，採用射頻磁控濺射法成功製備了高質量的Ce:YFeO3、CeFeO3、Ce:GdFeO3、Ce,Ga:GIG等磁光薄膜。研究發現隨著薄膜中鈰摻雜量提高，磁光效應也明顯提高，矯頑力也更大。製備的BiFeO3多鐵性磁光薄膜表現出電場調製磁光效應，有希望為探索新型磁光材料的開闢新領域，開發出新型的光信息器件。採用提拉法製備了La0.273Sr0.620Al0.818Ta0.298O3和La0.159Sr0.711Al0.684Ta0.410O3兩種新基底晶體，並結合密度泛函理論計算和晶體透過光譜表征，發現O-和Oi色心缺陷是引起晶體著色的主要原因。 在系列稀土鐵酸鹽磁光晶體生長和磁性、磁光機理研究的基礎上，對鈣鈦礦型稀土鐵酸鹽晶體進行摻雜改性，獲得立方晶系、具有高矯頑力、高居里溫度的Sr,V:LaFeO3磁光晶體及系列磁光薄膜，如若對這類磁光材料開展進一步深入研究，有希望獲得高性能磁光材料，開發新型磁光器件。
