巨大磁気光学効果を示す新材料:Ce置換ガ-ネットの開発

具有巨磁光效应的新材料的开发：Ce取代石榴石

基本信息

批准号：
02650216
负责人：
五味学
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1990
资助国家：
日本
起止时间：
1990 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

赤外領域で大きな磁気光学効果を示すCe置換ガ-ネット(R_<3ーx>Ce_xFe_5O_<12>、R:稀土類イオン)の薄膜結晶の作製条件の確立と、Ceによる磁気光学効果の増大機構の解明を目的とした本研究により以下の研究成果を得た。1.高周波二極スパッタ法を用いて純Ar中、基板温度500℃以上で非磁性ガ-ネット単結晶基板上にCe置換鉄ガ-ネットの良好なエピタキシャル膜が成長することを明かにした。また、膜成長を還元雰囲気中で行うことによりCe置換量x=2.5と多量のCeを含む鉄ガ-ネット薄膜を成長できることを初めて見いだした。2.本研究で行った短波長域までの磁気光学効果の測定により、新たに、3.1eV付近に、大きな一電子遷移型の磁気光学効果の増大を見いだした。また、X線光電子分光測定より膜中のCeがCe^<3+>として存在することやRの一部をCa^<2+>で置換しCe^<4+>を増加させたガ-ネット膜の磁気光学効果は減少することから、これらの磁気光学効果の増大は3価のCeイオンの起因することを明かにした。一方、FeイオンをAl,Ga,Inで置換したガ-ネット薄膜の磁気光学効果の測定より、磁気光学効果の増大は分子場理論より求めた四面体位置の鉄の副格子磁化に比例することから磁気光学効果の増大機構にはFe^<3+>も関与していることを明かにした。3.可視領域に4f→5d電子遷移を持ち大きな磁気光学効果の増大が期待されるEu^<2+>を置換したガ-ネット薄膜及びEu^<2+>,Ce^<3+>を置換した六方晶フェライトBa_<1ーx>R_xFe_<12ーy>M_yO_<12>(R=Eu,Ce,M=Ni,Co)の良質な薄膜を作製した。Eu2+及び六方晶フェライトでのCe^<3+>による磁気光学効果の増大は見いだされなかったが、六方晶フェライトにおいて電荷補償イオンとして置換したNi^<2+>が可視から紫外域にかけて比較的大きな磁気光学効果の増大を示すことを新たに見いだした。

建立了在红外区表现出大磁光效应的Ce取代石榴石薄膜晶体（R_<3-x>Ce_xFe_5O_<12>，R：稀土离子）的制备条件，并增强了磁电性能Ce的光学效应本研究旨在阐明其机理，并获得了以下研究成果。 1. 研究表明，在纯Ar环境下，在500℃以上的基片温度下，采用高频双极溅射技术，可以在非磁性石榴石单晶基片上生长出良好的Ce取代铁石榴石外延薄膜。我们还首次发现，通过在还原气氛中生长薄膜，可以生长含有大量Ce且Ce取代量x=2.5的铁石榴石薄膜。 2.通过测量本研究中进行的短波长范围内的磁光效应，我们新发现了3.1 eV附近的单电子跃迁型磁光效应的大幅增加。另外，X射线光电子能谱表明，薄膜中的Ce以Ce^<3+>的形式存在，并且部分R被Ca^<2+>取代，从而增加了Ce^<4+>的磁电机。网膜的光效应减弱，表明这些磁光效应的增加是由于三价Ce离子造成的。另一方面，用Al、Ga和In取代Fe离子的石榴石薄膜的磁光效应的测量表明，磁光效应的增加与四面体位置处铁亚晶格磁化强度成正比。从分子场理论可知，Fe^3+也参与了磁光效应的增强机制。 3.用Eu^<2+>和Eu^<2+>、Ce^<3+>替代石榴石薄膜，在可见光区具有4f→5d电子跃迁，有望大大提高磁光效应制备了高质量的取代六方铁氧体Ba_<1-x>R_xFe_<12-y>M_yO_<12>（R=Eu,Ce,M=Ni,Co）薄膜。虽然在Eu2+和六方铁氧体中没有发现Ce^<3+>导致磁光效应增加，但在六方铁氧体中用Ni^<2+>替代作为电荷补偿离子相对我们新发现的磁光效应光学效果大大增加。