[发明专利]同时具有面内面外易磁化方向的磁性双层石榴石材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种同时具有面内面外易磁化方向的磁性双层石榴石材料及其制备方法，制备方法包括在钇铁石榴石薄膜基片上制备外延石榴石磁性薄膜的步骤；其中，钇铁石榴石薄膜基片和外延石榴石磁性薄膜的易磁化方向不同。本发明采用面内易磁化的石榴石磁性材料作为外延薄膜材料，并通过液相外延法、磁控溅射法或脉冲激光沉积法制备在钇铁石榴石薄膜基片上，从而增强YIG面外磁矩分量，最终制备得到同时具有面内面外易磁化方向的磁性双层石榴石材料；制备方法简单且多样化。

技术领域

本发明涉及磁性材料技术领域，具体涉及一种同时具有面内面外易磁化方向的磁性双层石榴石材料及其制备方法。

背景技术

自上个世纪五六十年代开始，自旋波的发现带来了对未来信息传输技术提供的理论基础，同时由于自旋波是基于固体材料传输的磁性波，因此对基础磁性材料提出了较高的要求。直到今日，具有超窄线宽超小损耗的钇铁石榴石(YIG)材料是传输自旋波的理想材料。利用液相外延生长技术在钆镓石榴石(GGG)基片上外延生长YIG材料能够制备出最优质量的YIG材料，自旋波传输从磁化状态以及传输方向上分类可以分为三种传播模式，包括静磁表面波，前向体波，后向体波。其中，静磁表面波和后向体波均为面内磁化下自旋波传输，此种传输模式具有非互易的特点，由于方向性的存在，使得自旋波的传输和自旋波器件的设计都存在局限性。后向体波是面外磁化磁矩传输自旋波，而面外磁化YIG材料需要有较大的外加磁化磁场，不利于器件的实际应用。具有面外易磁化方向的材料往往具有较大的损耗。

为了解决上述问题，目前具有的手段是改变YIG材料的配方，通过较大半径的原子进行掺杂取代，通过薄膜与衬底的应力作用产生面外易磁化轴。另外，也有通过改变衬底晶格常数诱导外延膜产生面外易磁化轴。这两种方法往往会导致薄膜的成膜质量较差或者损耗较大，需要有其他材料或者结构实现相应功能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种同时具有面内面外易磁化方向的磁性双层石榴石材料及其制备方法，通过采用面内易磁化的石榴石磁性材料作为外延薄膜材料，与第一层YIG薄膜存在磁性耦合，从而可以增强YIG面外磁矩分量，最终制备得到同时具有面内面外易磁化方向的磁性双层石榴石材料。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明提供了一种磁性双层石榴石材料的制备方法，包括在钇铁石榴石薄膜基片上制备外延石榴石磁性薄膜的步骤；其中，钇铁石榴石薄膜基片和外延石榴石磁性薄膜的易磁化方向不同。

在钇铁石榴石薄膜基片上制备外延石榴石磁性薄膜的方法选自液相外延法、磁控溅射法和脉冲激光沉积法中的一种。

采用液相外延法在钇铁石榴石薄膜基片上制备外延石榴石磁性薄膜的方法具体包括步骤：将钇铁石榴石薄膜基片进行清洗，然后放入熔体(TmBi)₃(FeGa)₅O₁₂中，在温度为960℃且基片转速为60r/min的条件下，生长6～55s，得到磁性双层石榴石材料。

优选地，采用液相外延法在钇铁石榴石薄膜基片上制备外延石榴石磁性薄膜的方法还包括步骤：将生长完成后得到的外延基片进行清洗，去除残留。

采用液磁控溅射法在钇铁石榴石薄膜基片上制备外延石榴石磁性薄膜的方法包括步骤：将钇铁石榴石薄膜基片进行清洗，然后采用(TmBi)₃(FeGa)₅O₁₂为靶材，在氧的体积分数为百分之五的环境中，500℃的衬底温度下，外延生长(TmBi)₃(FeGa)₅O₁₂薄膜；将得到的材料退火，使薄膜结晶成相，得到磁性双层石榴石材料。

优选地，(TmBi)₃(FeGa)₅O₁₂采用固相法制备得到；退火在空气中进行，退火的温度为800℃，退火的时间为2h。