【稀土科普】原来这就是稀土磁光材料- 大数跨境

你好北方稀土

2022-08-27

稀土磁光材料

磁光材料是指在紫外到红外波段，具有磁光效应的光信息功能材料，稀土磁光材料是一种新型的光信息功能材料，利用这类材料的磁光特性及光、电、磁的相互作用和转换，可制成具有各种功能的光学器件。如调制器、隔离器、环形器、磁光开关、偏转器、相移器、光信息处理机、显示器、存储器、激光陀螺偏频磁镜、磁强计、磁光传感器、印刷机、录像机、模式识别机、光盘、光波导等。

稀土磁光的来源

稀土元素由于4f电子层未填满，因而产生未抵消的磁矩，这是强磁性的来源；同时又会导致电子跃迁，这是光激发的起因，从而导致强的磁光效应。

单纯的稀土金属并不显现强磁光效应。只有当稀土元素掺入光学玻璃、化合物晶体、合金薄膜等光学材料之中，才会显现稀土元素的强磁光效应。常用的磁光材料是(REBi)3(FeA)5O12石榴石晶体(A为A1、Ga、Sc、Ge、In等金属元素)和RETM非晶薄膜(TM为Fe、Co、Ni、Mn)等过渡族元素以及稀土玻璃。

磁光晶体

磁光晶体是具有磁光效应的晶体材料。磁光效应与晶体材料的磁性，特别是与材料的磁化强度密切相关，因此，一些优良的磁性材料往往也是磁光性能优良的磁光材料，例如钇铁石榴石和稀土铁石榴石晶体。一般地说，磁光性能较好的晶体是铁磁性和亚铁磁性晶体，如EuO和EuS是铁磁体，钇铁石榴石和掺铋稀土铁石榴石是亚铁磁体。目前得到应用的主要是这两类晶体，特别是亚铁磁性晶体。

稀土铁石榴石磁光材料

1、稀土铁石榴石磁光材料结构特征

石榴石型铁氧体材料是近代迅速发展起来的一类新型磁性材料。其中最重要的是稀土铁石榴石(又称磁性石榴石)，一般表示为RE3Fe2Fe3O12(可简写为RE3Fe5O12)，其中RE为钇离子(有的还掺入Ca、Bi等离子)，Fe2中的Fe离子可为In、Se、Cr等离子所替代，而Fe中的Fe离子可为A、Ga等离子所替代。至今已经制成的单一稀土铁石榴石共11种，其中最典型的是Y3Fe5O12，简写为YIG。

2、钇铁石榴石磁光材料

钇铁石榴石(YIG)最早由美国贝尔公司于1956年发现其单晶具有强磁光效应。磁化状态的钇铁石榴石(YIG)在超高频场中的磁损耗要比其他任何铁氧体都要低几个数量级，因而广泛应用于信息存贮材料。

3、高掺Bi系列稀土铁石榴石磁光材料

随着光线通信技术的发展，对信息传输质量和容量方面的要求也随之提高从材料研究角度来看，提高作为隔离器核心的磁光材料的性能，使其法拉第旋转具有小的温度系数和大的波长稳定度，以提高器件隔离度对温度和波长变化的稳定性是非常必要的。高掺杂Bi离子系列稀土铁石榴石单晶和薄膜成为人们研究的焦点。

Bi3Fe5O12(BiG)单晶薄膜为集成化小型磁光隔离器的研制带来希望，1988年，日本工业技术院电子技术综合研究所T. Kouda等人采用反应等离子溅射沉积法RIBS( reaction lon bean sputtering)首次获得了Bi3FesO12(BiIG)单晶薄在此之后，美、日、法等又以多种不同方法成功获得Bi3Fe5O12及高掺Bi稀土铁石榴石磁光薄膜。

4、摻Ce系列稀土铁石榴石磁光材料

与现在通用的YIG、 GdBiIG等材料相比，掺Ce系列稀土铁石榴石(Ce:YIG)具有法拉第旋转角大、温度系数低、吸收低及成本低廉等特点，是当前最具发展前景的新型法拉第旋转磁光材料。

稀土磁光材料的应用

磁光晶体材料具有较大的纯法拉第效应，使用波长的吸收系数低，磁化强度和磁导率高。主要应用于制作光隔离器、光非互易元件、磁光存储器及磁光调制器、光纤通信与集成光学器件、计算机存储、逻辑运算和传输功能、磁光显示、磁光记录、微波新型器件、激光陀螺等。随着磁光晶体材料的不断发现，可应用制作的器件范围也将随之变大。

(1)光隔离器

在光纤通信等光学系统中，存在因光路中各元件反射面返回激光源的光，这种光使得激光源输出光强不稳定，引起光噪声，并大大限制了光纤通信中信号的传输容量和通信距离，使光路系统工作不稳定。光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件，其工作原理是基于法拉第旋转的非互易性。通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离。

(2)磁光电流测试仪

现代工业的高速发展，对电网的输送和检测提出了更高的要求，传统的高压大电流的测量手段将面临严峻的考验。随着光纤技术和材料科学的发展而发展起来的磁光电流测试仪，因具有很好的绝缘性和抗干扰能力，较高的测量精度，容易小型化，没有潜在的爆炸危险等一系列优越性，受到人们的广泛重视。

(3)微波器件

YIG具有铁磁共振线宽窄，结构致密，温度稳定性好，在高频下具有很小的特征电磁损耗等特点，这些特点使YIG适宜于制成各种诸如高频合成器、带通滤波器、振荡器、AD调谐驱动器等微波器件,在Ⅹ射线波段以下的微波频段得到了广泛的应用。另外,磁光晶体还可做成环形器、磁光显示器等磁光器件。

(4)磁光存储器

在信息处理技术中，磁光介质用于信息的记录与存储。磁光存贮是光存储中的佼佼者，具有光存贮的大容量及可自由插换的特点，又有磁性存储的可擦重写和与磁性硬盘相接近的平均存取速度的优点,而性能价格比将是磁光盘能否独领风骚的关键。

(5)TG单晶

TGG是由福建福晶科技股份有限公司( CASTECH)在2008年研发出来的晶体。其主要优点:TGG单晶具有大的磁光常数、高热导性、低的光损失和高激光损伤阈值，广泛应用于YAG、掺T蓝宝石等多级放大、环型、种子注入激光器中。

来源：稀土大数据