[发明专利]磁光器件、磁光控制系统及方法

说明书

本申请提供一种磁光器件、磁光控制系统及方法。磁光器件包括磁光薄膜、绝缘衬底和重金属薄膜阵列。磁光薄膜的材料包括含铋元素的过渡族金属氧化物，该磁光薄膜在室温条件下具有面外易磁化的特性。磁光薄膜表面形成有重金属薄膜阵列，便于利用重金属阵列的自旋轨道转距效应实现磁光薄膜面外磁化方向的翻转，无需通过外加磁场即可实现对磁性绝缘体薄膜中磁化方向的翻转，使得磁光器件具有高稳定性。本申请的磁光器件可以兼顾现有的半导体微纳加工工艺，可以使得磁光器件具有微型化和集成化特点。本申请中的磁光器件、磁光控制系统及方法还可用于光存储，光通信以及光操控等领域。

技术领域

本申请涉及磁光器件技术领域，特别是涉及一种磁光器件、磁光控制系统及方法。

背景技术

随着磁光材料领域的发展，磁光材料广泛应用在信息功能器件中，涉及到国防、民用基础设施以及商用光通信等领域。利用磁光材料的特性，可以制备出磁光开关，磁光存储，磁光隔离器，磁光调制器等各类功能的磁光器件，利用电控的方式实现对磁光器件磁光响应的调控具有重要的意义。

传统技术中，利用导电线圈通电流来产生外磁场，进而利用产生外磁场的方向来调控磁光器件的磁化方向，实现对磁光器件中入射光偏振状态的调控。由于外磁场的发散性和非局域等特点，在集成器件中利用该方法无法进一步将磁光器件降低至更小尺寸。同时，外磁场的发散性会串扰信号，在外磁场作用下的磁光响应速度等一些磁光器件的关键指标都会受到限制。除此之外，由于利用通电线圈来产生磁场也会使得磁光器件产生焦耳热量，这种方式会大大降低磁光器件器件的使用的效率和功耗。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中磁光器件无法集成化的问题，提供一种磁光器件、磁光控制系统及方法。

一种磁光器件，包括：

磁光薄膜，所述磁光薄膜的材料包括含铋元素的过渡族金属氧化物；

绝缘衬底，所述磁光薄膜外延生长在所述绝缘衬底上；

所述磁光薄膜表面形成有重金属薄膜阵列，所述重金属薄膜阵列用于基于施加的不同方向的电流改变所述磁光薄膜的面外磁化方向。

在一个实施例中，所述过渡族金属氧化物包括3d过渡族金属氧化物。

在一个实施例中，所述磁光薄膜的厚度小于100纳米。

在一个实施例中，所述磁光薄膜通过激光脉冲沉积方法外延生长在所述绝缘衬底上。

在一个实施例中，所述磁光薄膜通过液相外延方法外延生长在所述绝缘衬底上。

在一个实施例中，所述重金属薄膜阵列中的金属元素包括铂、钽和铋。

一种磁光控制系统，其特征在于，所述磁光控制系统包括如权利要求1-6所述的磁光器件、以及电源和金属引线，其中：

所述电源，用于提供电流；

所述金属引线，分别与重金属薄膜阵列和所述电源相连，用于向所述重金属阵列引入电流。

在一个实施例中，所述磁光控制系统还包括：

外置偏振光；

探测装置，用于探测所述外置偏振光透射穿过磁光薄膜后所述外置偏振光偏振面的旋转角。

一种磁光控制方法，所述磁光控制方法应用于上述的磁光控制系统，所述方法包括：

控制外置偏振光透射穿过磁光薄膜；

利用电源通过金属引线向重金属薄膜阵列提供不同方向电流，利用所述重金属薄膜阵列的自旋轨道转距效应改变所述磁光薄膜面外磁化方向；

利用探测装置探测透射穿过所述磁光薄膜的所述外置偏振光偏振面的旋转角变化，利用所述探测装置的探测结果反映磁光器件工作状态。