[发明专利]一种钙钛矿型立方相掺杂铁酸铋磁光材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种钙钛矿型立方相掺杂铁酸铋磁光材料及其制备方法和应用。所述磁光材料的化学式为Bi_1‑xSr_xFe_1‑xTi_xO₃，x=0.2~0.5，其属于立方晶系，空间群为，并可采用射频磁控溅射法制备，具有工艺简单，周期短，重现性好等优点。本发明所得磁光材料具有结构新颖、光学和磁学性能良好、磁光效应显著等优点，且其与硅的晶格相匹配，有望在硅基集成光隔离器等领域获得应用。

技术领域

本发明属于磁光材料技术领域，具体涉及一种钙钛矿型立方相掺杂铁酸铋磁光材料及其制备方法与应用。

背景技术

在光通信技术中，大量的数据传输对光纤的抗干扰性和稳定性有很高要求，需要在光纤或其他光器件中加入磁光隔离器来提高传输的稳定性。因此，开发具有高磁光性能、高稳定性、低传输损耗的磁光材料，是当前通讯技术发展的迫切需要。相关研究表明，在石榴石型磁光材料R₃Fe₅O₁₂中掺入适量的Bi³⁺离子，由于Bi³⁺激发态能级在晶场和分子场超交换作用下，晶场能级强烈混合，从而可以明显提高晶体的磁光法拉第效应。例如Bi:YIG、Bi:HoYbIG、Bi:GdIG等，都具有法拉第旋转角大、磁光性能优异等优点。但是，石榴石型薄膜与硅基底之间存在热膨胀系数(YIG：10.4×10^-6K^-1，Si：3×10^-6K^-1)和晶胞参数(YIG：12.376，Si：5.431)的巨大差异，导致在硅单晶片上直接生长石榴石型薄膜时容易产生开裂等缺陷，限制其在集成器件方面的应用。

与石榴石相比，钙钛矿型铁酸盐RFeO₃的晶格与硅衬底的匹配度更高，并且具备高灵敏度、高响应速度、高磁光优值和高居里温度(620-760K)等诸多优点。然而，作为Bi³⁺离子含量更高的BiFeO₃，尽管在自旋电子器件、磁电传感器、转换器、制动器以及高密度铁电存储器等方面表现出众多优点，成为了最有应用前景的材料体系之一，却未有文献报道其磁光性能及其在磁光器件方面的应用。这主要是因为BiFeO₃属三方菱形晶系，由于特殊的螺旋G型反铁磁结构，晶体的宏观磁性很弱，导致磁光效应太小而未受关注。此外，BiFeO₃属于三方晶系，存在双折射效应，对磁光效应也有不利影响。而有关立方相掺杂BiFeO₃的磁光效应及其硅基薄膜制备等的研究目前尚未有文献报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种钙钛矿型立方相掺杂铁酸铋磁光材料及其制备方法与应用。该磁光材料的晶格点阵与硅适配度高，易于在硅基底上外延生长获得高质量薄膜，且其在室温下具有光学和磁学性能良好、磁光性能优异的特点，在集成光隔离器领域具有很好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钙钛矿型立方相掺杂铁酸铋磁光材料，其化学式为Bi_1-xSr_xFe_1-xTi_xO₃，x=0.2~0.5，属立方晶系，空间群为，是一种新型立方相钙钛矿铁酸盐结构；其中Bi、Sr共同占据A格位，Fe、Ti共同占据B格位。

所述钙钛矿型立方相掺杂铁酸铋磁光材料的制备方法包括如下步骤：