[发明专利]一种高含铈掺钪钆铁石榴石磁光晶体及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种高含铈掺钪钆铁石榴石磁光晶体，其特征在于：所述晶体化学式为Gd_3-x-yCe_xCa_ySc_zFe_5-z-wV_wO₁₂, 其中x=0.33-0.54,y=0.02-0.06,z=0.45-0.96,w=0.01，属于立方晶系，空间群为Iad，晶格常数为12.55-12.58 Å，是一种稀土铁石榴石结构，其中Ce、Ca掺杂进入十二面体格位，Sc掺杂占据八面体格位，V掺杂进入四面体格位。

2.一种如权利要求1所述的高含铈掺钪钆铁石榴石磁光晶体的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

（1）多晶原料合成：按照化学计量比称取Gd₂O₃、Fe₂O₃药品，经研磨混合均匀压片后在800℃下预烧结10h，然后在1300℃下烧结10h，取出后研磨压片在1300℃下二次烧结10h后获得Gd₃Fe₅O₁₂多晶原料，将化学计量比的CeO₂、NH₄VO₃的粉末经混合均匀、压片后进行升温烧结，烧结时分别在200℃、400℃、670℃以及800℃各恒温2h，获得CeVO₄多晶粉末，将化学计量比的CaCO₃、Fe₂O₃粉末经研磨、压片后在900℃预烧结10h，然后在1100℃烧结10h获得CaFe₂O₄多晶粉末；

（2）单晶生长：采用导模提拉法进行单晶生长，将多晶原料Gd₃Fe₅O₁₂、CeVO₄、CaFe₂O₄及Fe₂O₃、Sc₂O₃、CeO₂按比例称量后加入坩埚，加热坩埚使其熔化，生长温度为1500~1550℃，固液生长界面处的轴向温度梯度为10~20℃，提拉速率为0.3~1mm/h，晶体转速为5~10r/min，生长气氛为惰性气体气氛；

（3）晶体退火：步骤（2）晶体生长结束后，将晶体提起脱离导模模具上表面熔体，然后设定降温程序，退火至室温，获得晶体；

步骤（2）中Gd₃Fe₅O₁₂、CeVO₄、CaFe₂O₄、Fe₂O₃、Sc₂O₃、CeO₂按Gd+Ce/(Gd+Ce+Fe+Sc+V)的摩尔百分数为20.0~23.1%、Sc/(Fe+Sc+V)的摩尔百分数为4.85~9.68%、Ce/(Gd+Ce)的摩尔百分数为37.1~53.2%、Ca/(Ca+Gd+Ce)的摩尔百分数为0.5~2.1%、V/(Fe+Sc+V)的摩尔百分数为1.32~1.39%的比例计算。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：Gd₂O₃、Fe₂O₃、Sc₂O₃、CeO₂纯度为99.99%，CaCO₃、NH₄VO₃纯度为99.9%。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中退火参数为：晶体提起脱离导模模具上表面熔体1~2mm，以30~50℃/h的降温速率退火至室温。

5.如权利要求1中所述的高含铈掺钪钆铁石榴石磁光晶体在磁光隔离器、磁光环形器和磁光调制器中的应用。