Smx(Tb,Er)1-xFeO3单晶生长及其自旋重取向研究

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近年来,由于稀土正铁氧体的激光诱导超快自旋重取向和超快自旋相干控制等超快光磁现象的发现,使稀土正铁氧体成为凝聚态和材料物理中研究的热点。但基于稀土正铁氧体单晶材料的这些研究成果,都是在低温下获得,室温下的自旋重取向以及超快磁相位转换,必然将加速超快光磁效应在自旋电子器件中的应用。在稀土正铁氧体中,SmFeO3的自旋重取向温度最高,但其光磁性质却不是很好。已经有报道在DyFeO3中掺入Sm,能够显著提高其晶体自旋重取向温度,但对其超快光磁性能却未做研究。  本论文选取SmxTb1-xFeO3和Sm0.4Er0.6FeO3单晶作为研究对象,以高纯氧化物粉体为原料,采用光学浮区法生长单晶,对其制备工艺、磁性能以及光磁性能展开研究。  在光学浮区法晶体生长中,制备成分均匀、结构致密的多晶原料棒是生长高质量晶体的第一步。采用固相反应法制备了SmxTb1-xFeO3和Sm0.4Er0.6FeO3粉体和多晶原料棒。通过大量的晶体生长实验,确定了稳定生长的工艺条件,得到了高质量的单晶。用劳厄背衍射仪判断所生长单晶的质量,并定向切割得到a、b、c三个方向晶片。  通过测试SmxTb1-xFeO3样品不同晶向的零场冷却磁温曲线,可以观察到SmxTb1-xFeO3的自旋重取向温度与稀土Sm的掺入成正比。同时发现SmxTb1-xFeO3中稀土离子在低温时的电子自旋的顺磁排列方向与Fe3+的弱铁磁磁矩方向平行。我们在零场冷却测得的磁温曲线发现在Sm0.4Er0.6FeO3中存在两个特殊的温度点:磁补偿点Tcomp和磁翻转点Trev。从磁温曲线中可得到Sm0.4Er0.6FeO3的自旋重取向温度区间为170K~210K。零场冷却和不同大小场冷却测试过程会对Sm0.4Er0.6FeO3的自旋重取向相变温度和磁翻转点Trev产生影响。  利用太赫兹时域谱技术研究Sm0.5Tb0.5FeO3和Sm0.4Er0.6FeO3的太赫兹波对反铁磁模式和铁磁模式的激发。观察到反铁磁模式的共振振幅和频率在自旋重取向温度附近发生变化,表明THz波可以直接地,非热地激发反铁磁模式。另外Sm0.4Er0.6FeO3的室温太赫兹时域谱结果表明只有当太赫兹波的磁场平行于铁磁矢量才能激发反铁磁模式,当太赫兹波的磁场垂直于的铁磁矢量才能激发铁磁模式。我们的实验结果表明太赫兹时域谱技术是研究稀土正铁氧体自旋重取向相变的一个有效手段。
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