Ho3Fe5O12和Gd3Fe5O12单晶的生长和磁性研究

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在重稀土石榴石铁氧体中存在磁化强度接近零的磁补偿现象,即存在一个温度点使稀土离子磁矩和铁离子合磁矩大小相同方向相反,此时磁化强度出现一个接近零的最小值,这就是磁补偿现象。磁补偿现象在重稀土石榴石中是普遍存在的。现有学者发现在补偿点附近矫顽力会出现反常的峰值,但对这一现象的解释尚存在一些争议。此外稀土铁石榴石具有非一致熔融的性质,导致其单晶合成比较困难。本文主要以钆铁石榴石和钬铁石榴石为研究对象,探索使用光学浮区炉生长该体系单晶的方法,通过变温以及变磁场测量样品的磁学性能,通过磁光克尔显微镜研究补偿点附近磁畴的变化,以解释矫顽力在磁补偿点附近的异常现象。具体研究成果如下:(1)探究REIG体系光学浮区法生长单晶的工艺。由于该体系晶体普遍具有的非一致熔融的性质,直接使用光学浮区法是很难生长的。本文采用自助熔剂的方法生长该体系单晶,采用生长单晶原材料作为助熔剂,使用光学浮区炉进行单晶生长。同时适当增加生长气氛的压强,减小生长速率,最终在4 atm的氧压下以1.5 mm/h的生长速率制备出了单晶。(2)研究了GdIG单晶和HoIG单晶的磁化强度随温度和磁场的变化。通过M-T的测试确定了GdIG的磁补偿温度为288K,HoIG的磁补偿温度为136K。针对GdIG单晶,测量了在其补偿温度附近260K-310K范围内的磁滞回线,得到了其矫顽力的分布。分析发现其矫顽力在补偿温度处出现了一个明显的峰值,猜想矫顽力的峰值是由其在补偿温度附近形成的单畴转动引起的。补偿温度附近形成单畴,单畴的形成导致需要较高的外界磁场将其翻转,从而导致其在补偿点附近矫顽场出现的异常增大。(3)研究了GdIG单晶磁畴随温度和磁场的变化,重点研究了其在补偿温度附近磁畴的变化。通过磁光克尔显微镜对磁畴的测试,发现其磁畴演化在补偿点附近有一个明显的变化。在补偿温度以下,磁畴的表现形式为出现点状畴且磁畴随着磁场的变化扩散,表现为畴壁的消失。而在补偿温度附近,则表现为单畴的翻转,未发生畴壁的消失。磁畴的演化规律证明了本文关于矫顽力在补偿温度附近单峰形成的解释,其是由在补偿温度处形成的单畴转动引起的,单畴翻转所需要的外界能量较高,因此只能在大的磁场下才能完成。
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