钇铁石榴石靶材和薄膜的制备及应用研究

发布时间：2017-08-29 08:33

  本文关键词：钇铁石榴石靶材和薄膜的制备及应用研究

  更多相关文章： 钇铁石榴石 磁光薄膜 磁光光子晶体 法拉第磁光效应

【摘要】：基于法拉第旋光效应的磁光器件广泛应用于光通信、光存储和光传感领域中。随着集成光学的发展,研制重量更轻,体积更小的小型化磁光器件是未来发展的趋势。基于薄膜材料的薄膜型磁光器件具有体积小、重量轻、结构简单、成本低等优点,广受研究人员青睐。本论文围绕YIG(Y3Fe5O12)靶材的制备和薄膜沉积来展开,并结合第一性原理理论来对材料进行理论计算,对材料的磁光性质进行研究。本文所用的第一性原理计算方法(First-Principles Calculations)是基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)的理论计算方法。本文利用量子力学计算软件对石榴石材料进行第一性原理计算,为材料的制备以及性质研究提供参考和补充研究。本文计算了YIG磁光材料的晶格常数、电子结构、磁性质以及光学性质。在材料制备方面首先利用固相法制备YIG粉体并烧结得到YIG靶材。通过X射线衍射法和扫描电镜测试分析靶材的性质。其次,用脉冲激光沉积仪(PLD)在石英基底上沉积YIG薄膜。测试材料的磁性,得到磁滞曲线。对获得的薄膜进行磁光性质的测量,分析薄膜的磁致旋光性能。本文中,成功在廉价石英基底上制备了YIG薄膜,是后续薄膜器件研究的基础。虽然在石英基底上沉积了薄膜,但是YIG薄膜厚度很低导致法拉第偏转角很小,而且由于晶格失配,在石英基底上沉积厚度很高的薄膜比较困难。因此本文还在超薄薄膜的基础上,研究了磁光光子晶体对法拉磁光效应增强的机理。运用FDTD Solutions进行仿真,通过研究结构参数对法拉第旋光效应的影响,从而分析该现象的本质。首先研究了在磁性薄膜两边周期性的加上膜堆,这种结构被称之为一维磁光光子晶体结构(MOPC)。利用软件仿真得出法拉第效应增强的机理。其次研究了在薄膜基础上,加入金属光栅周期结构来激发表面等离子体,从而使得法拉第效应增强。通过软件仿真了该结构的薄膜厚度和光栅周期等参数对法拉第效应的影响。
【关键词】：钇铁石榴石 磁光薄膜 磁光光子晶体 法拉第磁光效应
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 磁光材料的研究进展10-13
• 1.1.1 磁光石榴石材料10-13
• 1.1.2 其他磁光材料13
• 1.2 磁光材料的应用13-16
• 1.2.1 磁光传感器13-15
• 1.2.2 磁光隔离器15-16
• 1.3 本文研究主要内容16-17
• 第2章 磁光效应的基本原理17-25
• 2.1 光的偏振和物质的磁性17-23
• 2.1.1 光的偏振17-18
• 2.1.2 物质的磁性18-20
• 2.1.3 铁磁体和亚铁磁体的磁化20-21
• 2.1.4 法拉第旋光效应的原理21-23
• 2.2 理论计算方法23-24
• 2.2.1 密度泛函理论23
• 2.2.2 计算软件23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 磁光材料的理论计算和制备25-48
• 3.1 钙钛矿结构磁性YFeO_3的第一性原理计算25-33
• 3.1.1 计算方法以及模型建立25-28
• 3.1.2 结构性质和磁结构28-29
• 3.1.3 电子结构和磁性29-31
• 3.1.4 光学性质31-33
• 3.1.5 计算结果总结33
• 3.2 YIG石榴石的理论计算33-38
• 3.2.1 YIG的计算模型和结构性质33-34
• 3.2.2 磁性和电子结构性质34-36
• 3.2.3 光学性质36-38
• 3.3 YIG石榴石靶材的制备与分析38-42
• 3.3.1 YIG靶材的制备38-39
• 3.3.2 YIG靶材的结构39-40
• 3.3.3 YIG磁性能分析40-42
• 3.4 YIG石榴石薄膜的制备与分析42-47
• 3.4.1 YIG薄膜的沉积42-43
• 3.4.2 YIG薄膜的相组成分析43
• 3.4.3 YIG薄膜的磁性能分析43-45
• 3.4.4 YIG薄膜的磁光效应45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 利用磁光光子晶体增强法拉第效应的理论模拟48-65
• 4.1 磁光光子晶体模型的理论和模拟方法48-54
• 4.1.1 时域有限差分法和模拟软件48-50
• 4.1.2 多层膜结构模型50-51
• 4.1.3 金属光栅周期结构模型51-54
• 4.2 多层膜结构的磁光光子晶体法拉第效应增强的仿真54-56
• 4.2.1 (P2/P1)~k M (P1/P2)~k结构的膜堆数k的选择54-55
• 4.2.2 (P2/P1)~k M (P1/P2)~k结构的法拉第效应增强的研究55-56
• 4.3 光栅周期结构光子晶体的法拉第磁光效应增强的仿真56-63
• 4.3.1 薄膜厚度对模式TE波和TM波模式的影响56-58
• 4.3.2 光栅周期对模式TE波和TM波模式的影响58-59
• 4.3.3 器件工作波长和结构参数的确定59-60
• 4.3.4 法拉第效应增强的直观模拟60
• 4.3.5 法拉第偏转角的模拟计算60-63
• 4.4 本章小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-74
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文74-75
• 致谢75

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4 杨杰;时新红;赵丽滨;;Al-Mylar层合薄膜力学性能试验测试[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年

5 黄文裕;;用快原子轰击质谱法研究Si_3N_4-GaAs薄膜的深度分布[A];中国电子学会生产技术学会理化分析四届年会论文集下册[C];1991年

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