[發明專利]磁光器件、磁光控制系統及方法

在審

• 申請號: 202210163280.2
• 申請日: 2022-02-22
• 公開（公告）號: CN114690456A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 徐坤;朱靜
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G02F1/09
• 分類號: G02F1/09
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 顏瀟

本申請提供一種磁光器件、磁光控制系統及方法。磁光器件包括磁光薄膜、絕緣襯底和重金屬薄膜陣列。磁光薄膜的材料包括含鉍元素的過渡族金屬氧化物，該磁光薄膜在室溫條件下具有面外易磁化的特性。磁光薄膜表面形成有重金屬薄膜陣列，便于利用重金屬陣列的自旋軌道轉距效應實現磁光薄膜面外磁化方向的翻轉，無需通過外加磁場即可實現對磁性絕緣體薄膜中磁化方向的翻轉，使得磁光器件具有高穩定性。本申請的磁光器件可以兼顧現有的半導體微納加工工藝，可以使得磁光器件具有微型化和集成化特點。本申請中的磁光器件、磁光控制系統及方法還可用于光存儲，光通信以及光操控等領域。

技術領域

本申請涉及磁光器件技術領域，特別是涉及一種磁光器件、磁光控制系統及方法。

背景技術

隨著磁光材料領域的發展，磁光材料廣泛應用在信息功能器件中，涉及到國防、民用基礎設施以及商用光通信等領域。利用磁光材料的特性，可以制備出磁光開關，磁光存儲，磁光隔離器，磁光調制器等各類功能的磁光器件，利用電控的方式實現對磁光器件磁光響應的調控具有重要的意義。

傳統技術中，利用導電線圈通電流來產生外磁場，進而利用產生外磁場的方向來調控磁光器件的磁化方向，實現對磁光器件中入射光偏振狀態的調控。由于外磁場的發散性和非局域等特點，在集成器件中利用該方法無法進一步將磁光器件降低至更小尺寸。同時，外磁場的發散性會串擾信號，在外磁場作用下的磁光響應速度等一些磁光器件的關鍵指標都會受到限制。除此之外，由于利用通電線圈來產生磁場也會使得磁光器件產生焦耳熱量，這種方式會大大降低磁光器件器件的使用的效率和功耗。

發明內容

基于此，有必要針對現有技術中磁光器件無法集成化的問題，提供一種磁光器件、磁光控制系統及方法。

一種磁光器件，包括：

磁光薄膜，所述磁光薄膜的材料包括含鉍元素的過渡族金屬氧化物；

絕緣襯底，所述磁光薄膜外延生長在所述絕緣襯底上；

所述磁光薄膜表面形成有重金屬薄膜陣列，所述重金屬薄膜陣列用于基于施加的不同方向的電流改變所述磁光薄膜的面外磁化方向。

在一個實施例中，所述過渡族金屬氧化物包括3d過渡族金屬氧化物。

在一個實施例中，所述磁光薄膜的厚度小于100納米。

在一個實施例中，所述磁光薄膜通過激光脈沖沉積方法外延生長在所述絕緣襯底上。

在一個實施例中，所述磁光薄膜通過液相外延方法外延生長在所述絕緣襯底上。

在一個實施例中，所述重金屬薄膜陣列中的金屬元素包括鉑、鉭和鉍。

一種磁光控制系統，其特征在于，所述磁光控制系統包括如權利要求1-6所述的磁光器件、以及電源和金屬引線，其中：

所述電源，用于提供電流；

所述金屬引線，分別與重金屬薄膜陣列和所述電源相連，用于向所述重金屬陣列引入電流。

在一個實施例中，所述磁光控制系統還包括：

外置偏振光；

探測裝置，用于探測所述外置偏振光透射穿過磁光薄膜后所述外置偏振光偏振面的旋轉角。

一種磁光控制方法，所述磁光控制方法應用于上述的磁光控制系統，所述方法包括：

控制外置偏振光透射穿過磁光薄膜；

利用電源通過金屬引線向重金屬薄膜陣列提供不同方向電流，利用所述重金屬薄膜陣列的自旋軌道轉距效應改變所述磁光薄膜面外磁化方向；

利用探測裝置探測透射穿過所述磁光薄膜的所述外置偏振光偏振面的旋轉角變化，利用所述探測裝置的探測結果反映磁光器件工作狀態。