JPH0443316A - Magneto-optical thin-film material - Google Patents
Magneto-optical thin-film materialInfo
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- JPH0443316A JPH0443316A JP15223790A JP15223790A JPH0443316A JP H0443316 A JPH0443316 A JP H0443316A JP 15223790 A JP15223790 A JP 15223790A JP 15223790 A JP15223790 A JP 15223790A JP H0443316 A JPH0443316 A JP H0443316A
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- thin film
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
(発明の産業上利用分野)
本発明は磁気光学薄膜材料、さらに詳細には光アイソレ
ータなどの磁気光学素子に用いられる磁気光学材料にお
いて、磁気異方性の制御が可能であり、かつファラデー
効果が大きな材料に関するものである。Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field of the Invention) The present invention enables control of magnetic anisotropy in magneto-optic thin film materials, more specifically in magneto-optic materials used in magneto-optic elements such as optical isolators. and relates to materials with a large Faraday effect.
(従来の技術)
光通信あるいは光情報処理などの高性能化に伴い、戻り
光によって誘起されるレーザ光源の不安定性や雑音の増
大を防止するために、ファラデー効果を利用したアイソ
レータなどの磁気光学素子が重要となっている。磁気光
学素子に用いられる材料に要求される主要な条件は、使
用される波長でファラデー効果が大きいこと、光の吸収
が小さいこと、素子の構造に応じた磁気特性を有するこ
となどである。近赤外線波長領域で使用される材料には
Y3Fes○】2あるいはGd5Fe5012などのガ
ーネット型結晶構造の材料が知られている。(Prior art) As optical communications and optical information processing become more sophisticated, magneto-optical devices such as isolators that utilize the Faraday effect are used to prevent instability and noise increase in laser light sources induced by returned light. elements are becoming important. The main requirements for materials used in magneto-optical elements include having a large Faraday effect at the wavelength used, having low light absorption, and having magnetic properties that match the structure of the element. As materials used in the near-infrared wavelength region, materials having a garnet-type crystal structure such as Y3Fes○]2 or Gd5Fe5012 are known.
これらのガニネット材料のファラデー効果を大きくする
ためにはYあるいはGdの一部をBiで置換することが
行われている。このようなりi置換ガーネットは液相エ
ピタキシャル法などで作製されるが、この方法ではBi
置換量に限界があり、ファラデー効果の増大はこの置換
量によって制限される。また、磁気異方性を制御するた
めに各種の元素を置換するが、・これによりファラデー
効果は一般に低下する。In order to increase the Faraday effect of these Ganinet materials, a portion of Y or Gd is replaced with Bi. This i-substituted garnet is produced by liquid phase epitaxial method, etc., but in this method, Bi
There is a limit to the amount of substitution, and the increase in the Faraday effect is limited by this amount of substitution. Additionally, various elements are substituted to control magnetic anisotropy, but this generally reduces the Faraday effect.
(発明が解決する問題点)
多量のBiを置換するために、最近ECRプラズマスパ
ッタ法、イオンビームスパッタ法あるいはrfマグネト
ロンスパッタ法で薄膜形成が行われ、YあるいはGdを
全てBiで置換したBi5Fe50t2エピタキシヤル
薄膜が得られている。この薄膜のファラデー回転係数は
1,55μmの波長において、Y3Fes○12の値よ
りも約20倍大きいことが示された。ところが、この薄
膜の磁気異方性は膜面に対して垂直方向を向いており、
導波路型素子のように垂直方向以外の磁気異方性が必要
な素子へ応用する場合に、磁気異方性を制御できない欠
点があった。(Problems to be Solved by the Invention) In order to replace a large amount of Bi, thin films have recently been formed using ECR plasma sputtering, ion beam sputtering, or RF magnetron sputtering, and Bi5Fe50t2 epitaxy in which all Y or Gd has been replaced with Bi has been developed. A thin film was obtained. The Faraday rotation coefficient of this thin film was shown to be about 20 times larger than that of Y3Fes○12 at a wavelength of 1.55 μm. However, the magnetic anisotropy of this thin film is oriented perpendicular to the film surface;
When applied to an element that requires magnetic anisotropy in a direction other than the perpendicular direction, such as a waveguide type element, there is a drawback that the magnetic anisotropy cannot be controlled.
本発明は、上記のBi3Fe5O12薄膜の欠点を解決
したものであり、磁気異方性の制御が可能であり、かつ
ファラデー効果が大きな磁気光学薄膜材料を提供するこ
とを目的とする。The present invention solves the above-mentioned drawbacks of the Bi3Fe5O12 thin film, and aims to provide a magneto-optic thin film material that allows control of magnetic anisotropy and has a large Faraday effect.
(発明の概要)
本発明による磁気光学薄膜材料は上述の問題点を解決す
るため、
組成式Bi3−XCeXFe5Ot2で表されるガーネ
ット型結晶構造の化合物において、Ceの量Xが0くX
≦2の範囲にあることを特徴とする。(Summary of the Invention) In order to solve the above-mentioned problems, the magneto-optic thin film material according to the present invention has a compound having a garnet-type crystal structure represented by the composition formula Bi3-XCeXFe5Ot2, in which the amount of Ce is 0 and X
It is characterized by being in the range of ≦2.
すなわち本発明は、Bi3−xcexFeso12で表
されるガーネット型結晶構造の化合物において、Ceの
量を変えることにより、磁気異方性の制御が可能であり
、がっファラデー効果が大きいという発見に基づいてお
り、Ce量XがoくX≦2の範囲にあることを特徴とし
ている。That is, the present invention is based on the discovery that in a compound with a garnet crystal structure represented by Bi3-xcexFeso12, by changing the amount of Ce, it is possible to control the magnetic anisotropy and that the faraday effect is large. It is characterized in that the amount of Ce is in the range of x≦2.
(発明の詳細な説明〉
スパッタ法で形成された単結晶ガーネット膜の一軸磁気
異方性の符号および大きさは主に応力と磁気ひずみに依
存する。(Detailed Description of the Invention) The sign and magnitude of the uniaxial magnetic anisotropy of a single crystal garnet film formed by sputtering mainly depends on stress and magnetostriction.
垂直磁気異方性定数(Ku)は磁気ひずみ(λ)、ヤン
グ率(E)、ポアソン比(μ)、および基板の格子定数
(a、)と薄膜の格子定数(ap)の差(Δa=as−
ap)の関数であり、K。The perpendicular magnetic anisotropy constant (Ku) is determined by the magnetostriction (λ), Young's modulus (E), Poisson's ratio (μ), and the difference between the lattice constant (a,) of the substrate and the lattice constant (ap) of the thin film (Δa= as-
ap) and K.
−(3/2>[E/(1+μ)] (Δa / a p
)λで表される。これらのパラメータの中で格子定数
の差、および磁気ひずみは共に材料により正もしくは負
の値をとるなめ、これらの正負の組み合わせにより垂直
磁気異方性定数の正負が決定される。Bi 3−XCe
XFe5Ox2薄膜の格子定数は12.62人であり、
通常入手できるガーネット基板の格子定数が最大で12
.55人であるため格子定数差は−0.07より大きい
。このことから上記の関係式の−(3/2)[E/(1
+μ)](Δa/ap)の項は正、すなわち膜面に垂直
方向には張力が働き、垂直磁気異方性定数の符号は磁気
ひずみの符号のみに支配される。−(3/2>[E/(1+μ)] (Δa/a p
) is expressed as λ. Among these parameters, the difference in lattice constant and the magnetostriction both take positive or negative values depending on the material, and the positive or negative value of the perpendicular magnetic anisotropy constant is determined by the combination of these positive and negative values. Bi3-XCe
The lattice constant of the XFe5Ox2 thin film is 12.62,
The maximum lattice constant of commonly available garnet substrates is 12.
.. Since there are 55 people, the lattice constant difference is greater than -0.07. From this, the above relational expression -(3/2)[E/(1
+μ)](Δa/ap) is positive, that is, tension acts in the direction perpendicular to the film surface, and the sign of the perpendicular magnetic anisotropy constant is controlled only by the sign of magnetostriction.
Bi3Fes○12薄膜の磁気ひずみの符号は負である
ので、垂直磁気異方性定数は負であり、垂直磁気異方性
を示す。Since the sign of the magnetostriction of the Bi3Fes○12 thin film is negative, the perpendicular magnetic anisotropy constant is negative, indicating perpendicular magnetic anisotropy.
この薄膜のBiの一部をCeで置換すると、置換量が増
加するとともに磁気ひずみは小さくなり、次に符号が負
から正に反転する。Ceを置換したFNiMの格子定数
は、B i 3Fe5012薄膜の場合と同様に、ガー
ネット基板の値よりも大きい。When a portion of Bi in this thin film is replaced with Ce, the amount of substitution increases and the magnetostriction decreases, and then the sign reverses from negative to positive. The lattice constant of Ce-substituted FNiM is larger than that of the garnet substrate, as in the case of the B i 3Fe5012 thin film.
これらのことから垂直磁気異方性定数の符号は負から正
に反転し、面内磁気異方性の成分が強くなる。For these reasons, the sign of the perpendicular magnetic anisotropy constant is reversed from negative to positive, and the in-plane magnetic anisotropy component becomes stronger.
一方、B i 3−XCexF e 5012のCe
JLXが2までの薄膜はガーネット単相であるが、それ
よりもCe量が多い薄膜にはガーネット相の池に異相が
混在する。異相が混在すると光吸収が大きくなるため、
薄膜は磁気光学材料として適さない。On the other hand, Ce of B i 3-XCexF e 5012
Thin films with a JLX of up to 2 have a single garnet phase, but thin films with a higher amount of Ce have a mixture of different phases in the garnet phase. When different phases coexist, light absorption increases, so
Thin films are not suitable as magneto-optic materials.
このガーネット単相薄膜のファラデー回転係数は0.9
5〜1.6μmの波長領域において、Bi3Fes○1
2薄膜の値よりも大きいので、近赤外光領域で使用され
る磁気光学素子用の材料に適している。The Faraday rotation coefficient of this garnet single-phase thin film is 0.9
In the wavelength range of 5 to 1.6 μm, Bi3Fes○1
Since the value is larger than that of 2 thin films, it is suitable as a material for magneto-optical elements used in the near-infrared region.
以上のことから磁気異方性の制御が可能であり、かつフ
ァラデー効果が大きな
り13−xCexFesO12のガーネット薄膜におけ
るCe量はO<X≦2の範囲である。From the above, it is possible to control the magnetic anisotropy, and the Faraday effect is large, so that the amount of Ce in the garnet thin film of 13-xCexFesO12 is in the range of O<X≦2.
(実施例)
Bi3−xCexFes012とBi2O3からなるセ
ラミックターゲットを用いたrfスパッタ法により、格
子定数が12.51人の
Nd3Ga5012基板上に
Bi3−xCexFes○12薄膜を形成した。このと
きの基板温度は500℃とした。(Example) A Bi3-xCexFes○12 thin film was formed on a Nd3Ga5012 substrate with a lattice constant of 12.51 by RF sputtering using a ceramic target consisting of Bi3-xCexFes012 and Bi2O3. The substrate temperature at this time was 500°C.
このようにして形成した薄膜のCe量、相状態、磁気ひ
ずみおよび1.55μmの波長におけるファラデー回転
係数を第1表に示す。試料N011はCeを含有しない
Bi3Fe5O12薄膜の比較例である。試料N092
.3.4および5はCe量を変えたときの本発明の実施
例であり、試料No、6は比較例である。Table 1 shows the amount of Ce, phase state, magnetostriction, and Faraday rotation coefficient at a wavelength of 1.55 μm of the thin film thus formed. Sample No. 11 is a comparative example of a Bi3Fe5O12 thin film containing no Ce. Sample N092
.. Samples 3.4 and 5 are examples of the present invention in which the amount of Ce is changed, and samples No. 6 and 6 are comparative examples.
試料NO12,3,4および5のCe量を含有する薄膜
はすべてガーネット単相である。これらの薄膜の格子定
数はすべて基板の格子定数よりも大きいことを確認した
。Ce量が0.2である試料No、2の薄膜の磁気ひず
みの符号は負である。The thin films containing Ce in Samples Nos. 12, 3, 4, and 5 are all single-phase garnet. It was confirmed that the lattice constants of these thin films were all larger than that of the substrate. The sign of the magnetostriction of the thin film of sample No. 2 in which the amount of Ce is 0.2 is negative.
それよりもCe量が多い試料No、3.4および5の薄
膜の磁気ひずみの符号は正であり、Ce量が多いほど磁
気ひずみの値は大きい。これらの各実施例の薄膜のファ
ラデー回転係数の符号は負であり、その値は試料N01
1のBi5FesOt2膜の値である一B200deg
/cmよりも大きい。試料N096のCe量Xが2.5
の薄膜では膜中にガーネット相以外の相が混在し、単相
ではない。The sign of the magnetostriction of the thin films of samples No. 3.4 and 5 having a larger amount of Ce is positive, and the larger the amount of Ce, the larger the value of the magnetostriction. The sign of the Faraday rotation coefficient of the thin film of each of these Examples is negative, and its value is that of sample No.
-B200deg which is the value of Bi5FesOt2 film of 1
/cm larger. Ce amount X of sample N096 is 2.5
The thin film contains phases other than the garnet phase, and is not a single phase.
以上の各実施例および比較例から、
Bi3Fe5O12のBiに一部をCeで置換したB
13−xcexFeso12ガーネット薄膜におり)で
、Ce量によりひずみの符号および大きさが変わり、磁
気異方性の制御が可能であることを確認した。From the above Examples and Comparative Examples, it is clear that B in which Bi in Bi3Fe5O12 is partially replaced with Ce.
13-xcexFeso12 garnet thin film), the sign and magnitude of strain changed depending on the amount of Ce, and it was confirmed that the magnetic anisotropy could be controlled.
また、ファラデー回転係数がBi5FesO12薄膜の
値よりも大きいことも確認した。これらの効果を得るた
めのCe量はO<X≦2が有効である。It was also confirmed that the Faraday rotation coefficient was larger than that of the Bi5FesO12 thin film. The effective amount of Ce for obtaining these effects is O<X≦2.
第1表
B 13−xcexFesot2薄膜におし)でCe量
を調節することにより、磁気異方性の制御が可能である
。またファラデー効果がBi3Fe5O12の効果より
も大きい。これらのことから本発明の磁気光学薄膜材料
は磁気異方性制御が必要な磁気光学素子用の材料として
有用性がある。The magnetic anisotropy can be controlled by adjusting the amount of Ce in the 13-xcexFesot2 thin film shown in Table 1B. Further, the Faraday effect is larger than that of Bi3Fe5O12. For these reasons, the magneto-optic thin film material of the present invention is useful as a material for magneto-optical elements that require control of magnetic anisotropy.
拳:Bi>XCeXFe5O12 1.:光の波長1,55μmFist: Bi>XCeXFe5O12 1. : Light wavelength 1.55μm
Claims (1)
_2で表されるガーネット型結晶構造の化合物において
、Ceの量Xが0<X≦2の範囲にあることを特徴とす
る磁気光学薄膜材料。(1) Composition formula Bi_3_-_XCe_XFe_5O_1
A magneto-optical thin film material, characterized in that in a compound having a garnet-type crystal structure represented by _2, the amount of Ce is in the range of 0<X≦2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15223790A JPH0443316A (en) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | Magneto-optical thin-film material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15223790A JPH0443316A (en) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | Magneto-optical thin-film material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0443316A true JPH0443316A (en) | 1992-02-13 |
Family
ID=15536086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15223790A Pending JPH0443316A (en) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | Magneto-optical thin-film material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0443316A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0644408A (en) * | 1992-03-24 | 1994-02-18 | American Teleph & Telegr Co <Att> | How to recognize handwritten symbols |
-
1990
- 1990-06-11 JP JP15223790A patent/JPH0443316A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0644408A (en) * | 1992-03-24 | 1994-02-18 | American Teleph & Telegr Co <Att> | How to recognize handwritten symbols |
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