DE1644043A1

DE1644043A1 - Hydrothermale Zuechtung magnetischer Granate und derart hergestellte Werkstoffe

Info

Publication number: DE1644043A1
Application number: DE19671644043
Authority: DE
Inventors: Laudise Robert Alfred; Kolb Ernest Denicke; Spencer Edward Guerrant; Wood Darwin Lewis
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1966-11-15
Filing date: 1967-09-21
Publication date: 1970-09-24
Also published as: NL6711918A; DE1644043B2; GB1203973A; BE706521A; US3496108A

Description

Western Electric Company, Incorporated Kolb-Laudiae-Speneer-Wood 4-7-7-5

olegexemplIF]

f icht geändert werden j

Hydrothermale Züchtung magnetischer Granate und derart hergestellte Werkstoffe

Gegenstand amr Erfindung ist die Herstellung von Einkristallen aus ferrimagnetischem Material mit Granatstruktur. Solche Kristalle interessieren für 1.) Mikrowellen-Geräte wie Isolatoren, Rotoren usw., die in allgemeinen auf gyromagnetisohen Eigenschaften beruhen, 2.) für Versögerungsstreoken und andere Geräte mit elastischen Wellen, wo sie als ihre eigenen Transduktor·» arbeiten und auf ein angelegtes Magnetfeld mit Magnetorestriktion antworten und 3·) für Laser, Lichtmodulatoren und verwandte Geräte, die bei Wellenlängen im Bereich von annähernd 1 bis 5 Mikron arbeiten. Die physikalischen Abmessungen, die gute Kristall-Ausbildung und die elektrischen, magnetischen und optischen Eigenschaften der gemäsB Erfindung gesuchtsten Kristalle empfehlen ihre Verwendung in dieser gansen Geräte-Klasse.

Die für die Verwendung in Geräten des beschriebenen Typs geeigneten Kristalle sind fttüher nur mittels Sehmelsfluss-Teohniken gezüchtet worden. Im allgemeinen umfassen diese Techniken eine spontane Keimbildung aus einen bleiexydenthaltenden äohmelsfluss. Die entstehenden Kristalle sind gewöhnlich recht klein, d.h. von der Grössenordnung eines Zentimeters eder weniger in der grossten Abmessung. Obwohl gewisse Züchtungsverfabren regelmässig Kristalle mit ausgeseichneten Geräte-Eigenschaften ergeben, sind¹ sie dach recht kostspielig, und bestimmte Anwendungen, besonders in Versögcmagsstrecken, werden ihrem Wesen naeh duroh die praktische Unmöglichkeit verhindert, die geforderten Längen su erhalten. Ein kurslieh beschriebenes Verfahren, das die Verwendung kleiner tillieittm-Zusätse versieht, ergibt eine

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fts ist wohlbekannt, das· di· hydrothermal· Züchtung mit Keim-Kristallen ie allg·»·in«η die wirtschaftlich· Herstellung grosser, praktisch fehlerloser Kristalle ergeben kann. Angesichts des weit verbreiteten Interesses an Geräten mit Yttrium-Jüisen-Ctranaten und der bekannten Unzulänglichkeit der Züchtung aus dem Schmelzfluss ergab sich eine ausgedehnte Untersuchung zur Entwicklung eines Verfahrene der hydrothermalen Züchtung. Die untersuchten Lösungsmittel-System· umfassen wässerige Lösungen von Natriumkarbonat (Journal of Physics Cham., 6£ , 359, Februar 1961) wie auch von Natriumhydroxyd (American Ceramic Society, 4j£, 51, Februar 1962). Solch© Versuche endeten mit einem allgemeinen Fehlschlag, weil entweder die Kristallisation der richtigen ίhase nicht eintrat, oder weil die gebildeten Kristalle schlechte elektrische Eigenschaften hatten, insbesondere groese Linienbreiten in der Uröeaenordnung von JQ Oersted (annehmbare, aus dem Schmelztluss gesüchtcte Kristalle haben Linienbreiten in der (iröasenordnung von 1 O«rst«d oder weniger). Demzufolge gab es wenig oder keine Aktivität auf diesem Gebiet während der letzten drei oder vier Jahre, und es wurde allgemein angenommen, dass die technische Herstellung von Xttrium-Uieen-uranat und verwandten Verbindungen weiterhin Schmelzfluss-Taehnikcn anwenden wurden,

ttit der Erfindung wurde festgestellt, dass gesunde Einkristalle von Xttrium-Kiseii-ßranat und partiell substituiertem ^trium-fiiaen-Granat hydrothermal an eingesenkten Kristall-Keimen unter Verwendung einer Kaliumhyiroxyd-Lösung als Überträger-Medium gezüchtet werden können. Ks wurden Linienbreiten ferrimagnetisoher ttesenans von 1 U«rst«d und weniger gemessen, und die magnetischen und

elektrischen eigenschaften sind allgemein mit denen von aus dem Schmelzfluss gezüchteten Kristallen vergleichbar. Während für die meisten Verwendungszwecke eine wässerige LüsuBg ve» Kaliumhydroxyd geeignet ist, ergibt sieh eine bemerkenswerte Verbesserung der Infraret-Durehlässigkeit

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durch den Ersatz von Wasser durch Deuteriumoxyd. Si« erlaubte Zusammensetzung umfasst den partiellen Ersatz von 10 Atonprozent einer oder mehrerer der dreiwertigen seltenen lirden für Yttrium und ebenso den partiellen Ersatz von bis zu 25 Atomprozent Gallium oder Aluminium für Eisen. Dementsprechend kann eine allgemeine Formel wie folgt ausgedrückt werden:

in der Y - Yttrium ist» Fe- Eisen, 0 - Sauerstoff, M¹ wenigstens ein element au» der Uruppe der dreiwertigen seltenen £rden Nummer 57 bis 71, M" ■ Gallium und/oder Aluminium, χ « 0 bis 0,3 und y - 0 bis 1,25 ist.

Die aus der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens erhaltenen Kristalle werden geeigneterweise in Geräte eingesetzt, die für ihre Arbeitsweise von den elektrischen, magnetischen oder akustischen Eigenschaften des Werkstoffs abhängen. Solche Kristalle und Geräte bilden einen feil der Lrfindung.

Fig. 1 ist eine perspektivische, teilweise im Querschnitt gezeigte Ansicht einer Apparatur, die zur Ausübung der erfindungsgemässen Verfahren geeignet ist}

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Granat-Kristalls, der nach einem hier beschriebenen Verfahren gesuchtet ist;

Fig. 3 ist eine Aufsicht auf eine Verzögerungsstrecke aus

° einem gemäss Erfindung hydrothermal gezüchteten

<£> Kristall;

«*» Fig. 4 ist eine diagrammatisohe Wiedergabe einer Licht- ^. drehungs-Vorriohtung, die einen Granat-Kristall

CT gemäss verliegener Erfindung verwendet}

•o Fig. 5 ist eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines Mikrowellen-Bauteils mit einen Kristall-Material, das genuine Erfindung gesüelitet ist,

In Fig. 1 ist di# bekannt», Kodifizierte Apparatur nach Bridgemau für hydrothermale Züchtung abgebildet. Der einzige bedeutsame Unterschied von der sur Quarz-Züchtung benutsten Apparatur ist der Einbau einer Ldelmetall-Auekleidung, beispielsweise Platin, die wegen der erhöhten iieaktionsfähigkeit de« Systems erwünschtermaeeen eingebaut wird. Der Hauptkörper 10 enthält eine fcdelmetall-Büchse 11, die die Kammer 12 bildet. line Verechlusamutter wird in den oberen Teil der Kammer eilige schraubt. Kin Kolben 14 ist in die bohrung \2 eingepasst und bewegt sich frei unter dem Einfluss des drucke in der Kanuner, Kenn der Kolben aufsteigt, berührt er einen üichtungering 15 aus Stahl und wird sohlieselich beim Abstützen gegen die Verschlussfflutter 13 durch den dichtungsring aufgehalten. Dieser Vorgang liefert eine wirksame Abdichtung für die Züchtungskararaer. Die Kammer wird zu Beginn vorübergehend mittels der Druckschrauben 16 verschlossen, welche eine federnde Unterlage 19 gegen den Schaft des Kolbens pressen. i>er Baum awiechen der Büchse 11 und der Innenwand des Körpers Ij) wird mit Hasser in solchen MaQe gefüllt, als notwendig ist, um den Üiff eren*-i>ruck awiechen Innenseite und Auesenseite der iiüehse 11 au vermindern.

Für den Zuchtungsvorgang wird die Kammer 12 mit Nährmaterial gefüllt. 4>ie Kaliumhydroxydlösung wird in der erforderlichen Menge zugegeben, um den notwendigen ^ruck bei der gewünschten Arbeitetemperatur au erzeugen. Keim-Kristalle 17 werden, wie gegeigt, aufgehängt. Ein Siebblech 18 kann !wischen Nähraas β a «and Keim-Kristallen eingesetzt werden, um die Kanner in »wei Thermalsonen su teilen« i>ae äiebbleoh hält suverlässig einen Temperatur-Unterschied «wischen der Nährraasse und der Kristallisations-Zone auirecht und fördert die gleichseitige Züchtung an awei oder mehr Keim-Kristallen.

Chemisch sollte die Nährraasse derart beschaffen sein, dass sie die gewünschte Granat-Zusammensetcung ergibt« Um

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Yttrium-Lisen-Granat zu erzeugen, werden die Oxyde Xo⁰-* und Fe₀O- in angenäherten stöOkiometrischen Verhältnis von 3 ι 5 Mol eingesetzt, obwohl eine Abweichung von diesem Verhältnis bis zu -10 tfolprosent gestaettet ist. Pas i-bertragungsaedium ist eine Lösung von Kaliumhydroxyd in Hasser oder Deuteriumoxyd und der erlaubte Konzentrat tionsbereioh lümolar bis 2?molar. Die untere Grenze wird 1.) «lurch die Tatsache bestimmt, dass bei merklich niedrigeren Konzentrationen andere Phasen erscheinen, und dass 2.) bei geringeren Konsentrationen eine Verkleinerung der Zuchtungsgeschwindigkeit bis auf unbeträchtliche tVerte erfolgt. Wenn die Xonsentration der Base höher als 25molar ist, wird der Angriff auf die Edelmetall-Auskleidung ein Problem, lter bevorzugte KonzeArationsbereiCh ist 20 bis 25molar; die bevorzugte untere Grenze wird weitgehend auf der Basis der 2üohtungagesohwindi,<?keit gewählt.

Die Füllung beträgt wünsehenswerterweise von 70 Ji bis 95 f des Volums, obwohl diese Grenzen nicht absolut sind. Für den erlaubten Temperaturbereich von 350⁰C bis 425°G sind die entstandenen Drucke derart, dass oberhalb 95 f> sin mechanisches Problem auftritt. Die untere L¹ iill grenze beruht allein auf der Züchtungsgeschwindigkeit, wobei die Geschwindigkeiten unter ein passendes Niveau bei geringerer füllung fallen. Die Temperaturen sind mit den Geschwindigkeiten verknüpft, so dass Temperaturen oberhalb der angegebeneu Werte drucke erseugen, die für die gewöhnlichen Autoklaven-Uauarten iibermässig hoch sind, während die Züehtungsgeschwindigkeit unterhalb der angegebenen unteren Temperaturen unangemessen abfällt. Während allgemein nesh hoher· Temperaturen bei geringeren i'Ullungsgraden unterhalb des angegebeinen Minimums gestattet sind, ergeben sieh einige Nachteile bei diesem Verfahren dadurch, dass andere Phasen als Granat sieh su bilden neigen. Meoh niedrigere Temperaturen, die neck heberen Fiillungsgraden entsprechen, ergehen im allgemeinen keine annehmbarem Züshtnngegesehwindigkelt. irtruske, die diesem Temperatarbereieh

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entsprechen, liegen bei 562,5 kg/cm" bei 35O°C und 70 Füllung bis 2461 kg/cm² für 425*C und 95 ^ Füllung.

Wie bei Jedem hydrothermalen Züehtungsvorgang ist der l'emperaturuntersehied zwischen KeIb-Ktistall und Nährstoff-Anordnung eine bedeutsame Grosse. Die Anwendung kleinerer Unterschiede Terringert die Züchtungsgeschwindigkeit, ergibt aber in Übereinstimmung mit der Wahl anderer Parameter, die die Geschwindigkeit vermindert, eine grössere Vollkommenheit dank der Tatsache, dass den Atomen mehr Zeit für die Neuanordnung auf der Oberfläche des wachsenden Kristalls geboten wird. Ein minimaler Gradient von etwa 5 C soll genannt werden. Dieser Wert ergibt sich aus der Berücksichtigung der erlaubten geringen Züohtungsgesehwindigkeit und aus der Tatsache, dass die Temperatur-Kontrolle kleinerer Gradienten mit den technisch verfügbaren Apparaten im allgemeinen schwierig ist. Jüin bevorsugtes Minimum von 10 C wird empfohlen. Der maximal ertragbare Gradient liegt bei etwa 50 C, dass für bemerkenswert höhere Werte die spontane Keimbildung ein Problem wird. Ein bevorsugtes Maximum liegt bei etwa 30⁰C.

Sine bevorsugte Keim-Kristallorientierung ist (lOü). Das Wachstum findet auch auf den Flächen (211), (ill) und (llO) statt, obwohl bei etwas geringerer Geschwindigkeit. Waehs-

-2 tumsgesohwindigkeiten bis su 3 ζ 10 em je Tag wurden für eine 20molare KOH-Lb'suag, 80 $ FUllungsgrad, 390*C Kristall!. sations-Temperatur und einer Temperatur-Differens von 10⁹C bei 562,5 kg/em² beobachtet. Wie bei aaderen hydrothermalen Züehtungsverfahren wird Temperatur-Gradient weitgehend durch ein Siebfcleeh wie das bei Ziffer 18 in Fig. 1 gesteuert. KIm passende Freifläche für das Ue hbleeh ist etwa 5 J. Mehr als 10 $ freier Fläch· neigt sur Verminderung dta Temperatur-Gradienten auf Werte, Ai* unterhalb 4er im UbIIehon Apparaturen erlaubten Werten liefen·

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Die Spanne der Üestinuaungegröeeen iet eingehend an Hand der Kristall-Ausbildung und »Ausbeute besprochen worden. In einer bevorzugten Avsführungeform der Erfindung werden die Parameter ao festgesetzt, daaa sich ein Optimum an Durchlässigkeit für Frequenzen im Infrarot ergibt. Aue gewissen iSinaehlüesen von Verunreinigungen und aus anderen Abweichungen von der Stöehiometrie ergehen sich verschiedene Mechanismen, die gewöhnlich für eine erhöhte Absorption bei Wellenlängen in der Nähe der 1 Mikron-Kante des Infrarot-Fensters verantwortlieh aind. Im oben erwähnten Journal of Applied Physios ist angegeben, dass Abweichungen vom dreiwertigen Zustand des Eisens eine erhöhte Absorption ergeben. Bei der hydrothermalen Züchtung wird jedoch im Gegensatz zur Züchtung aus Schmelfluas an dand experimenteller Information die Ursache für vermehrte Absorption einen anderen Uechuniamus zugeschrieben, wenn auch die Unerwünscbtheit zweiwertiger oder vierwertiger Verunreinigungen angedeutet wird.

Im allgemeinen haben hydrothermal gezüchtete &raaa4»Krietalle keine bedeutsame Absorption infolg· von zwei-, wertigem oder vierwertigem bisen gezeigt, sondern vielmehr infolge des Einschlusses eines Proton·, d.h. infolge Anwesenheit einer OH-üruppe oder von H^O. Di« Hauptalisorption für diesen Einschluss tritt bei etwa 2,8 Mikron auf und der Schwans dieser Absorption oder überlagert· Absorption der OH-Gruppe reichen aus, tut für Infxarot-uellenlängen von Bedeutung zu sein, die weit unterhalb der Iiaupt-Absorption liegen. Siez soll nloht bedeuten, dass der Gehalt an zwei- und vierwertigen Ionen nicht vermindert werden sollte, da es scheint, dass die •rsteren von irotonen ladungskompensiert werden und die letzteren zur Verminderung der rfaehstumsgeschwindigkeit neigen, im allgemeinen wird di· dem l'rotonen-Einsohlues zugesehrieben· Absorption bei 2,8 Mikron dadurch vermindert, dass man den Gehalt an zweiwertigen Ionen auf

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einen Wert unterhalb 100 ppm hält, indem man 1.) hochreines Fo₂O-, Y^O, und EOB verwendet, und 2.) indem man HO im Übertragnngs-Medium ganz entfernt.

Der iireatz des Wassers durch lieuteriamoxyd bewirkt eine Absorption nicht bei 2,8 Mikron, sondern bei 3,8 Mikron. Während OD-Schwingungen, die den OII-L'ber lagerung β-Absorptionen entsprechen, wahrscheinlich über dieser fundaraental-Fr«quenz liegen, werden auch si ie gegen gröesere Wellenlängen i'reqnensverachobeu. Aus JU„O an Stelle von IKO-Löeung gesüchtete Granate zeigen bemerkenswert bessere Durchlässigkeit bei Hellenlüngen von etwa 1 bis 2 Mikron. Für optische Zwecke bei entsprechenden Inf rarot-rirenuenzen gezüchtete Granat-Kristalle werden daher bevorzugt aus DyO an Stelle von Η,,Ο-Löeungen von Kaliuiohydroxyd gesuchtet. Für solche Zwecke bestimmte Kristalle werden vorsugsweise gleichfalls aus hochreinem Ausgangsmaterial gezüchtet, wie oben angegeben.

Die Anwendung von KOU, auf dessen Anwendung sich die Erfindung - allgemein gesagt - weitgehend stützt, wird nicht nur gefordert, um niedrige Absorptions-Werte bei 2,8 Mikron su erhalten, sondern auch um enge Linien-Breiten der ferrimagnetischen iiesonans su sichern. Linien-Breiten in der Grössenordnung Ten 1 Oersted und weniger werden regelmässig erreicht. Ans nooh nicht bestimmten Gründen scheint eine Besiehung »wischen niedriger Absorption bei 2,8 Mikron und enger Linienbreite zu bestehen, für engste Linienbreiten ist es wünschenswert, den Pretonen-ttinsohluss auf ein Minimum an verminderen, beispielsweise duroh Anwendung verh&ltnismässig niedriger Drucke und Temperaturen.

Die folgenden bevorzugten Beispiele besehreiben spesifisehe lieBtimmungegrisaen und ZusasstensetsuBgen, die zur Krseugttug einiger Kristalle verwendet wurden, die beschrieben worden sind.

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Beispiel 1

£s wurde ein· der in fig. 1 gezeigt· ähnliche Apparatur verwendet alt den annähernden Innenabaessungen von 19,05 ca Länge and 2,%5 ca Durchmesser. Insgesamt 20 g X^O und ^e₂O₃ χμ Molverhftltnis 3 : 5 wurden auf den Boden des AutoklaTen gebracht. J>aa Üiebblech, vie da· als Bauteil 18 gezeigte, ward· dann ia Stellung gebracht. Krietall-Keiae mit dar Fläche (löö), wie bei Ziffer 17, wurden in die gezeigt« Stellung gebracht. Der Autoklav,« wurde dann zn 80 )6 seine* freien VoIuns alt 2Ui*olarer wässeriger .Kalilauge gefüllt· Uer Autoklav wurde versehlossen and in einen Ofen eingesetzt, wo ev auf eis« Temperatur von 373°£ la Höhe dar Kristall-Keime in eine« Zeitabschnitt von etwa 5 Stunden gebracht ward«. Der Boden de« inneren tiefässes, dar dar Lage des Nähratoffs entspricht, war an dieser Stall« auf einer Temperatur von etwa 4DU⁰C, somit eine Temperatur-Differenx von etwa 23*ίλ. Der D_ruck unter diesen Bedingungen war etwa 562,5 kg/cm . Autoklav und Inhalt wurden unter diesen Bedingungen während einer Zeitspanne von Jö lagen gehalten, wonaoh der Autoklav aus de« Ofea entfernt und dar Abkühlung uuf Kaumteaperatur für eine Zait van etwa 10 Stunden überlassen wurde, we»aah er geöffnet und die Keie-Iir is tall« susanman «it der neuen Züohtung entfernt wurden.

entstandene iachetu» lag in 4er UrbVsaenordnung van 1,62 an inegesasit, «as eiaea Aachstum von etwa 2,5 x ca je tag entsprieht. i>ie geaasseae ferriaagactlsohe liaienbreite war etwa 0,3 Oersted« Die iafrarat-Abserptie« war etwa 1,0 für <* ^^ «i %_#ö für Oi ^ _{ ^ ^ »1« Ixtiaetloas-Keefflsieat aefialert mad ist gleich l/t Log (I₀/'I)), wer la T die uieke i» ser i>mrehgaag·- «lehtung «es gea«·««»·» Lichtstrahls ist, I₀ all· fctrahl-Utemsitit bei abweseaeea Kristall «■* X aie Str«al*Iai·»- sltlt, aie aae· caa Aastritt aas aea Kristall g«aessea wiri.

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Beispiel 2

X>ae Tor stehende Beispiel wards wie Beschrieben wiederholt, jedoch HqO durch D„0 ersetzt. i>as *aehstu*i war etwa dasselbe wie angegeben, Die Mnienbreite war praktisch unverändert. Die Durchs-lässigkeit wurde auf rterte von Ü,3 für OC - .. und 1,0 für (X₁, „ verbessert.

Beiapi β JL 3

Me Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde wiederholt, jedoch eine gebrannte und gesinterte Masse dsr Zusammensetzung

als Nährstoff verwendet. Der schüssel ich erhaltene, hydro-r thermal gezüchtete Kristall hatte dieselbe iuaautaeasetsuQg. Die filgenechaften waren etwa dieselben wie in Ββίβχιΐβΐ 1 angegeben, jedoch zeigte der Kristall dia niedrigere Sättigunga-Uharakteriatik eines Granats, bei de α diese Substitutionen erfolgt sind.

Beispiele stellen nur eine geringo Anzahl der tatsächlich durchgeführten dar, Wahrend der Einfachheit halser die ersten beiden Beispiele an Hand der Aasgangs— Materialisn ^y⁰I ^**¹ '·ο⁰^ beeprochen werden, sind gesinterte Nähreteffe, wie die in Beispiel 3 beechriebenen oder durch hydrethermale ^kristallisation hergestellten Granate allgenein versusiehen, Um hydrothernal gestiehtete Kristalle hersuetellen, Ils als Nährstoff rerwendet werden sollen, 1st es swesksiässig, die Arheitsgrhssen auf Maximales Wachs tun abaus teilen. i>ie unter solshen üedingangen dMreh spontane K*iB»ild«ng entstandenen Kristalle sind als Nährstoff durchaus brauchbar.

Der in *"ig. S geseigte kristall wurde dureh Züchtung auf einer (lüO)-Flaeke ersenft, Man sieht, dass das *aohe4n« ssakreeht an» I«isH>Kristall erfelgt, und das· dar sieh

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bildende Kristall fa»t sofort abrundet. Der speziell abgebildete kristall seigt noch die rohe thermodynamisch instabile Oberfläche parallel zu der schnell wachsenden Keim-iüiatal 1-i lache.

Vorrichtung nach Fig. 3 ist ο im. Verzögerungsstrecke Mit einem ferriiuagnotischen Granat, i-ieae Vorrichtung besteht auu deu Stab 23 aus Ytttium-Lisen-ürunat und verwandtem Material und den umgebenden i>rahtwicklungen und 27. Die Eingabe eines elektrischen Signals durch die Zuiuhruujten 28 und 29 der Wicklung 26 durch eine (nicht gezeigte) Vorrichtung ruft eine elastische Welle wegen der luagnetostriktiTen reaktion des Stabs 25 hervor, ^iese Welle läuft am ist ab 25 entlang und bewirkt beim Erreichen der aufgebrachten Wicklung 27 «in elektrisches Signal, da« au den Anschlüssen 30 und 51 mit Hilfe einer (nicht gezeigten) tmplunge-Apparatur abgelesen wird.

Die Vorrichtung der Fig. 4 erläutert eine Konstruktion, die zur ttodulierung eines infraroten Lichtstrahl« durch magneto-optische Einwirkung bestimmt ist. in dieser Vorrichtung wird der Körper 41 als dünne ticheibe eines „ Xttrium-Maen-branats oder substituierten Granats gemäss Erfindung gezeigt. i>ie Stirnfläche der Scheibe 41 wird in senkrechter »Heilung zu einer mit ε bezeichneten Achse gezeigt. Die Scheibe liegt in der Ebene der orthogonalen x- und yWlohse, die gegenseitig orthogonal auf der B-Achse stehen. Zu beiden Seiten des) Körpers 41 sind das Polarisationsprisma 42 und das Analysator-Prisua 43 angebracht. Prisma 42 ist ausgerichtet, um planpelarisiertee Lieht senkreoht zur x-Aohse durchzulassen und Prisma 43 ist - wie gezeigt - ausgerichtet, um nur einen teil des Lichtes bsi Abwesenheit eines modulierenden leides durchzulassen. Di· zu beiden Seiten des (irttcat-Körpers 41 und längs dar y-Aehse angebrachten Spulen 44 errichten ein Gleichstrom-Magnetfeld, das mit U^ bezeichnet 1st. Das Feld hat

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ausreichende Stärkt, um <Um ferrimagnetischen Körper 3SU sättigen. Die Magnet ie ie rung dee Granatkb'rpers 41 in eine» solchen Gleichstrom-Feld wie H ist mit der üichtung dee Feldes auegeriehtet. Die Spule 46 wird erregt, um ein Gleichstrom-Magnetfeld H in paralleler ilich-

^ttPP tung zur i'Ortpf lanzungs-ilichtung des Lichtstrahls 45 zu

schaffen. Wegen der Gegenwart des magnetischen Feldes

U hat die Magnetisierung des ferrimagnetischen Körapp

pers 41 eine Komponente in der F ortpflanaungs-Riehtung des Lichtetrahle 45· Eine drehung dee Strahls 45 erfolgt bein "urchgang durch den Körper 41 und das Analysator-Prisma 43 lässt nun eine grössere oder kleinere Lichtraenge in Abhängigkeit τοη dichtung und Grosse der Drehung durch. Die Vorrichtung kann einen (nicht gezeigten) ampIituden-empfindliohen Licht-Detektor enthalten. Für die Zwecke dieser Abbildung wird die Rotation als Drehung im Uhrzeiger-Sinn vom Analysetor-Prisna 41 aus gesehen gezeigt.

Die Konstruktion nach Fig. 4 ist natürlich nur im besonderen beispielhaft und für eine Violzahl von Geräten, die dem Fachmann wohlbekannt eiud, repräsentativ. Jede dieser Vorrichtungen kann mit Vorteil einen Kristall-Körper irgendeines der hier beschriebenen Materialien in einem den Infrarot naheliegenden Lichtsystem verwenden.

Fig* 5 stellt eine Vorrichtung für Faraday*sehe notation dar und soll beispielhaft für einen weiten Bereich von Mikrowellen sein, in denen Kristalle vorliegender Erfindung passend verwendet worden können. Die Vorrichtung nach Fig. 5 enthält Element 91, das aus einem der Kristalle genäse Erfindung besteht und in einer runden Wollonführung 32 angeordnet ist. Zwei rechtwinkelige ttellenfuhrungen 93 und 54 sind «it dor runden Wellenführung 52 - wie gosoigt — verbunden* Der Teil der

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runden Wellenführung 52_t der das Element 51 enthält, welches seinerseits an die verjüngten Enden 55 und 56 aaatöaat, die aus einem dielektrischen Material wie Polystyrol bestehen, wird von der Konstruktion 57 «it der elektrischen Wicklung 38 und der Kühlapule 59 nmeehloasen. Die elektrische Wicklung 58 wird von einer (nicht gezeigten) Stromquelle erregt und bringt ein horizontales Magnetfeld im Bereich des Elements 51 hervor, wobei besagtes Feld ausreichen nuss, um fclement nahe an die magnetische* Sättigung zu bringen. Radiale Fahnen 60 und 61 werden zur Absorbieren^ von Reflexionen eingesetzt. Für die gezeigte Vorrichtung ist die Fahne ao angeordnet, daaa sie horizontal polarisierte Wellen absorbiert, während die radiale Fahne 61 so angeordnet iat, dass aie vertikal polarisierte Wellen absorbiert· Die verjüngten Teile 55 and 56 sollen so absorbierte Heflexionen vermindern.

Aus Heiueialiohkeitsgriinden iat die Erfindung an Hand einer begrenzten Anzahl von Ausführungsfermen beschrieben wordeu. '.feist sind die Zuchtungeverfahren in der Atiwendung auf J/ttrium-iMsen-Granat besprochen werden« Jedech iat dea öfteren festgestellt worden, daaa diese Verfahren modifiziert werden können, um ittrium uud/oder £isen Jurci) festgesetzte «lengen verschiedener Ionen zu substituieren, de ζ JgIi eh der Pachtung beruht die JSrf indan·; auf der Entdeckung, das» für Geräte brauchbare Kristalle solcher Uranate in der ^!i'«t hydrothermal gezUchtet werden können« vorausgesetzt, daaa Kaliumhydroxyd als übertragend·· ilediiua verwendet wird. Uiβ Kenttgre*sa«n für die Arbeitsweise *nd die Zueammensatxung der Übertrager-Medien, dis apesiell z»r Optimierung beatlwater Eigeatsvhaiten braue ti »ar aiftd, wurden niedergelegt ntiA »ildea beverxagte A»afilir*Bgsferateii 4er Erfindung.

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Die abgebildeten Geräte «teilen natürlich nur eine kleine repräsentative Gruppe rer und sind lediglich al· &rläuteruagea gedacht.

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Claims

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nrrr

Patentansprüche

1. Verfahren car Züchtung kristallinen Materials, da· im wesentlichen die Zusammensetzung

3-x χ 5-y y 12

hat, in der U¹ wenigstens ein Element der dreiwertigen seltenen Lrden, M" wenigstens ein £1erneut aus Gallium und Alumini tut umfassenden Stoff gruppe, χ «■ 0 bis 0,3 und Y » 0 bis 1,25 ist, bestehend in der Anordnung eines Kristalls, der im wesentlichen die erwähnte Zusammensetzung hat und einer Nährstoff-Masse, die in der Lage ist, eine solche Zusammensetzung in alkalischer Lösung innerhalb eines geschlossenen GefÜsaea su ergeben, ferner in der Erhitzung der erwähnten Lösung auf eine Temperatur von wenigstens 330 C unter eines ^ruek, der ihren kritischen !»ruck überschreitet und der Aufrechter hai tuug einer Temperatur-Oifferens zwischen Keim-Kristall und Nährstoff-Masse τοη wenigstens 5°C bis ein wesentlicher Zuwachs in der Grosse des erwähnten Kristalls erreicht ist, dadurch gekennseiehnet, dass die Lösung'im wesentlichen aus einer 10 bis &5aolaren Lösung von Kaiiumhydroxyd in einem Lösungsmittel besteht, das aua der Stoffgruppe Wasser und Deuteriumoxyd ausgewählt ist.

2» Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennseiehnet, dass die lempcratur-Diffcrens im Bereich Tem 10 bis 30* C liegt.

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3. Verfahren nach Ansprach 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss zu 70 bis 95 P seines Volume vor dem Erhitzen gefüllt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte Lösung im wesentlichen aus einer 20-bis 23molaren Lösung Ton ftaliumhydroxyd besteht.

5. Verfahren nach -Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel im wesuutlichen i;euteriuraoxyd ist.

(«. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte Nährstoff-Masse •ine gesinterte Masse der gewünschten Zusammensetzung ist.

7. Verfahren nach einen der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die i'iihretoii'-Maeee hydrothermal gezüchtetes Material ist.

8. Kristallines Material, dasa geraaas Verfahren des Anspruchs 1 gezüchtet ist.

9. Vorrichtung aus einem körper eines kristallinen Materials und Hilfseitteln zur Erzeugung eines Magnetfeldes längs* wenigstens eines Teils des erwähnten Körpers, dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline Material in wesentlichen der Zusammensetzung

entspricht, in der M* wenigstens eines der Plenente aus der Gruppe der dreiwertigen seltenen firden, M* wenigstens ein Element ans der äteff-Uruppe Gallium und Alemini am, χ m (J eis 0,3 *»t y - 0 bie 1,25 ist and das kristallin· Material naeh dem Verfahr·» gemass einem der Ansprüche 1 bis 7 gezüchtet wird.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch («kennzeichnet, da·· da· erwähnt« Feld auareieht, im einen Teil magnetisch au sättigen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, da·· HilfsKittel but Übermittlung elektromagnetischer Wellenenergie durch den erwähnten Körper vorgesehen •ind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, da·· die erwähnte elektromagnetische Wellenenergie im Mikrowellenbereich liegt.

IJ. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12 dadurch gekenn·

zeichnet, da·· die erwähnte elektromagnetische Wellenenergie im Wellenlängenbereioh τοη 1,0 bis 5»Ö Mikron liegt.

14. Vorrichtung nach A*aprueh 11, 12 «der 13 dadurch gekennseichnet, dass die erwähnte elektromagnetische Wellenenergie planpelarisiert ist, und dass das angelegt· Feld eine Komponente parallel sur Ubermittlungs dichtung hat.

15. Vorrichtung nach A«aprueh 14, gekennseiohnet durch Hilfsmittel aur Entdeckung einer Änderung in der FeIarisatlena-fcbene der erwähnten elektromagnetischen Energie, die bei Kirchgang dureh den Korper auftreten.

16. Verrichtung nach einem der Torangegangenen Ansprüche dadureh gekennselehnet, dass da· erwähnt· Feld auf eine« elektrischen btrem w««haelnder Amplitude auifri«ht ansammem mit Verrichtungen sur ÜBtd««kung einer wandernden elastischen Welle an einem Funkt im dem erwähnten EBrper, der ven dem erregten Teil entfernt let.

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