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采用金属有机分解法在玻璃基板上制备Bi<sub>2</sub>Gd<sub>1</sub>Fe<sub>5</sub>O<sub>12</sub>磁性石榴石薄膜，其法拉第旋转角达36.3度/微米

DOI：10.1587/elex.13.20161011 期刊：IEICE Electronics Express 出版年份：2016 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 我们采用金属有机分解（MOD）法，在带有Gd3Fe5O12缓冲层的玻璃基板上制备了Bi2Gd1Fe5O12薄膜。研究发现存在使晶化效果最佳且产生最大法拉第旋转的缓冲层最优厚度及退火温度。该优化样品在波长λ=500 nm处展现出高达36.3度/微米的法拉第旋转角，较无Gd3Fe5O12缓冲层的样品提升23倍，达到(111)取向SGGG单晶基板上单晶Bi2Gd1Fe5O12薄膜的90.1%。这些成果为光学波导隔离器和磁光空间光调制器的应用提供了良好前景。
作者： Danish A. Wahid，Toshiyuki Morioka，Hiromasa Shimizu
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

采用金属有机分解法在玻璃基板上制备Bi2Gd1Fe5O12磁性石榴石薄膜，优化Gd3Fe5O12缓冲层厚度及晶化退火温度以实现法拉第旋转最大化，并研究结晶过程及晶质与法拉第旋转的关系。

研究成果

经750°C退火处理的286纳米厚Gd3Fe5O12缓冲层优化Bi2Gd1Fe5O12薄膜，在500纳米波长下实现了36.3度/微米的最大法拉第旋转角，该数值显著高于无缓冲层样品，并与SGGG衬底上的单晶薄膜相当。高法拉第旋转的关键因素在于Bi2Gd1Fe5O12中(420)晶面的存在以及Gd2O3和Fe2O3等杂质相的缺失。这些发现为玻璃衬底上隔离器、空间光调制器等光学波导器件应用提供了支持，并建议未来工作进一步优化及集成到光子电路中。

研究不足

该研究仅限于特定材料（Bi2Gd1Fe5O12和Gd3Fe5O12）及制备条件（MOD法、旋涂参数、退火温度）。使用玻璃基板可能因晶体结构和热膨胀系数差异而产生限制。潜在优化方向包括探索其他缓冲层或基板、调整铋替代水平，或采用替代制备方法以进一步提升性能。

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