Синтез и исследование феррит-гранатовых структур с компенсацией по магнитному моменту

Цель работы – разработка условий эпитаксиального синтеза феррит-гранатовых структур с компенсацией по магнитному моменту, обладающих большими значениями магнитооптических эффектов и заданными значениями магнитных параметров, необходимых для решения задач оптомагноники. Синтез феррит-гранатовых гетероструктур с заданными параметрами осуществлялся в несколько этапов. На предварительном этапе производилась оценка содержания магнитных (3d-переходных и редкоземельных) катионов в различных кристаллографических позициях с целью обеспечить температуру компенсации магнитного момента и температуру Нееля в заданных температурных интервалах. Для оставшиеся незанятыми катионных позиций определялся состав диамагнитных катионов с учетом ионного радиуса, влияющего на параметр элементарной ячейки. При этом катионный состав выбирался с учетом возможно большего содержания висмута с целью обеспечить максимально возможное, при выбранных параметрах, фарадеевское вращение. Выбор диамагнитного разбавления осуществлялся в сочетании с выбором монокристаллической подложки с соответствующим параметром элементарной ячейки. При этом учитывались эмпирические данные по влиянию катионного состава на магнитную анизотропию. На основании результатов, полученных на предварительном этапе, рассчитывались состав шихты для жидкофазной эпитаксии из раствора в расплаве с учетом возможного вхождения катионов растворителя в пленку. Затем, на основании эмпирических данных по эпитаксиальному росту, определялись технологические режимы, такие как температура, скорость роста и другие. Корректировка условий синтеза осуществлялась по итогам контроля параметров синтезированных образцов. Для оптических и магнитооптических приложений представляется важным качество поверхности гетероструктуры и со стороны пленки и со стороны подложки. При эпитаксиальном синтезе феррит-гранатовой пленки с одной стороны подложки проблема качества поверхности структуры со стороны подложки решается автоматически, так как отсутствует необходимость в удалении ферримагнитного слоя. Экспериментально продемонстрирована возможность синтеза эпитаксиальных гетероструктур с использованием растворителя на основе расплава оксид висмута – оксид бора, не содержащего свинец. Такой подход позволяет не только увеличить концентрацию висмута в пленке, но и избавиться от вклада неконтролируемых примесей свинца, как правило, понижающих добротность феррита граната. Для всех синтезированных образцов феррит-гранатовых структур проводились рентгеноструктурные измерения с целью анализа рассогласования параметров элементарной ячейки пленки и подложки. В результате рентгенофлуоресцентных измерений получены оценки содержания катионов в эпитаксиальной пленке. Экспериментально зарегистрированы спектры ФМР при направлении магнитного поля в плоскости и перпендикулярно плоскости пленки. В результате был определен тип магнитной анизотропии синтезированных пленок – магнитная анизотропия в окрестности температуры компенсации носила одноосный характер. Ширина линии ФМР использовалась для оценки качества образцов. Качество образцов так же оценивалось по спектрам оптического пропускания и вращения Фарадея. Для фарадеевского вращения также получены петли магнитного гистерезиса при разных температурах, что позволило определить температуру компенсации магнитного момента. Показано наличие обменного смещения петель магнитного гистерезиса в окрестности температуры компенсации, а также влияние неколлинеарной структуры на форму петли. В зависимости от параметров замещения редкоземельных гранатов железа температура компенсации синтезированных структур находится диапазоне температур от 98 К до 363 К.