[發(fā)明專利]一種超大稀土正鐵氧體光磁功能晶體生長方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410564833.0
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN104389013A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設計）人: 曹世勛;趙偉堯;曹義明;許凱;向茂林;張金倉
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C30B13/00
• 分類號: C30B13/00;C30B29/24
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發(fā)明涉及一種采用光學浮區(qū)法生長超大稀土正鐵氧體光磁功能晶體Sm_0.5Tb_0.5FeO₃單晶體的方法，屬于晶體生長領域。

背景技術

功能材料是二十一世紀高新技術發(fā)展最重要的先導性和基礎性材料之一，在國際上，對于新型功能材料的開發(fā)和研究一直都很活躍。它的進步推動著諸如信息、電子、機械、化工、航天和通訊等尖端的高科技產業(yè)的飛速發(fā)展。稀土正鐵氧體材料作為一種功能材料，由于具有著多種功能特性，因此具有較大的研究價值和應用前景，一直是凝聚態(tài)物理和材料科學領域探索和開發(fā)功能體系的熱點之一。早在?1950?年，Forestier?等人發(fā)現了正鐵氧體的磁性，它也是最早的一種磁泡材料。直到上世紀六七十年代稀土正鐵氧體RFeO₃才被發(fā)現具有獨特的磁性能、磁光、光磁性能、巨磁電阻以及磁電耦合性能等，它們一直受到物理學家和材料學家的關注，其應用領域也在不斷拓展，可制成磁光開關、調制器、偏轉器、傳感器等光學器件，特別是作為隔離器中的法拉第轉子材料，廣泛應用于光纖通信等領域。2004,?2005年的Nature上也先后報道了關于RFeO₃的最新研究動態(tài)。2004年，A.?V.?Kimel等人使用超短的激光脈沖，在TmFeO₃單晶片上實現了幾個皮秒時間尺度的超快自旋重取向，而一般鐵磁體的自旋重取向需要幾百個皮秒。超快自旋重取向在低能耗自旋電子器件開發(fā)上起關鍵作用。2005年，這個研究小組又采用飛秒級的圓偏振激光脈沖通過逆法拉第效應來控制DyFeO₃單晶體的自旋運動，這種光磁效應是瞬時的，為超快激光在磁性器件上的應用研究奠定了基礎。Y.?Tokunaga先后在2008年和2009年報道了DyFeO₃和GdFeO₃中的多鐵性，這使RFeO₃在數據存儲器件方面有著潛在的應用。以上的諸多應用都離不開高質量、大尺寸的晶體，因此對大尺寸晶體的生長有著很重要的意義。

RFeO₃系列晶體長期以來主要采用助熔劑法生長，其中使用較多的PbO和BaO基復合助熔劑。助熔劑法生長RFeO₃晶體存在著較多缺陷，助熔劑能夠降低融化溫度，但是助熔劑的含量非常高，熔質所占的質量分數一般只有10％－15％，致使熔質結晶量很少，得不到大的結晶顆粒，不僅晶體的尺寸很小，而且相關系非常復雜，極易出現PbFe₁₂O₁₉等包裹相。此外，鐵的氧化物對貴重金屬坩堝的腐蝕很難避免,?鉛、鋇氧化物對環(huán)境的污染也不可忽視。

我們采用光學浮區(qū)法制備超大尺寸RFeO₃系列單晶，特殊的原料棒高溫預處理方法使得所制備的單晶尺寸超過了光學浮區(qū)法的設計極限（15?mm），為制備接近一英寸的超大直徑單晶奠定了技術基礎。其優(yōu)勢在于無腐蝕、無污染、晶體完整性好、質量很高、晶體生長效率高、可重復性好，克服了助溶劑法無法生長大尺寸單晶的弊端。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種超大稀土正鐵氧體光磁功能晶體的方法，該方法的具體步驟如下：

A.??????多晶棒的制備

a)????????初始原料采用高純（3N以上）R₂O_3?(R=Sm、Tb)、Pr₆O₁₁和Fe₂O₃；將Sm₂O₃、Tb₂O₃與?Fe₂O₃按摩爾比1:1:2制備Sm_0.5Tb_0.5FeO₃作為料棒即上棒；以及Pr₆O₁₁和Fe₂O₃按摩爾比1:3制備PrFeO₃作為籽晶即下棒；按上述成份配比精確稱量、研磨、充分混合；置于高溫爐內在1000?℃溫度下空氣中燒結12?h，隨爐自然降至室溫；