DE2042950A1 - Process to achieve any anisotropy constants in the case of solid ferrites with a garnet structure - Google Patents
Process to achieve any anisotropy constants in the case of solid ferrites with a garnet structureInfo
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Description
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DipUng. HOP5T AUERDipUng. HOP5T AUER
Afnr.liier: Philip-'. ο-..»■.-^--'-^-S GmbH.
Akia: 1^Afnr.liier: Philip- '. ο - .. »■ .- ^ --'- ^ - S GmbH.
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Philips Patentverwaltung GmbH., 2 Hamburg 1, Mönckebergstr.Philips Patentverwaltung GmbH., 2 Hamburg 1, Mönckebergstr.
"Verfahren zur Erzielung beliebiger Anisotropiekonstanten bei einkristallinen Ferriten mit Granatstruktur""Process for achieving any anisotropy constants in single-crystal ferrites with a garnet structure"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzielung " beliebiger Anisotropiekonstanten bei einkristallinen Ferriten mit Granatstruktur der Zusammensetzung A, B ^e5-z ^z °12' νοΓ·*·η A = Yttrium und/oder wenigstens ein seltenes Erdmetall, B = Kalzium und C ein Kation mit ähnlichem Ionenradius wie Eisen und 0 < y < 1 sowie 0 < ζ < 1,5 ist. Als Kationen mit einem ähnlichen Ionenradius wie Eisen kommen beispielsweise Aluminium, Gallium, Indium, Magnesium, Silizium, Skandium, Titan, Zirkon und Vanadium in Frage.The invention relates to a method for achieving "any anisotropy constants" in single-crystal ferrites with a garnet structure of the composition A, B ^ e 5-z ^ z ° 12 ' νοΓ · * · η A = yttrium and / or at least one rare earth metal, B = Calcium and C is a cation with an ionic radius similar to iron and 0 <y <1 and 0 <ζ <1.5. Cations with an ionic radius similar to iron are, for example, aluminum, gallium, indium, magnesium, silicon, scandium, titanium, Zircon and Vanadium in question.
Derartige einkristalline Ferrite mit Granatstruktur weisen Anisotropiekonstanten K^ und K2 au^ > deren Größe und \ Vorzeichen von den angegebenen Zusammensetzungen abhängen. Bei reinem Yttrium-Eisen-Granat (Y3Fe5°-|2^ ist K1 = -6.1Cr [erg/cm^J und K2^O. Die Anisotropiekonstanten der anderen Zusammensetzungen sind aber nach Größe und Vorzeichen nicht beliebig veränderbar, ohne die Magnetisierung gleichzeitig zu ändern.Such single-crystal ferrites with garnet structure have anisotropy constant K ^ and K 2 au ^> the size and \ sign of the specified compositions depend. For pure yttrium iron garnet (Y 3 Fe 5 ° - | ^ 2 is K 1 = -6.1Cr [erg / cm ^ ^ J, and K 2 O The anisotropy constants of the other compositions are not changed as desired, but the size and sign. without changing the magnetization at the same time.
In der Praxis besteht aber der Bedarf an einkristallinenIn practice, however, there is a need for monocrystalline
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Ferriten mit Granatstruktur mit Anisotropiekonstanten bestimmter Größe und Vorzeichen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem sich bei einkristallinen Ferriten mit Granatstruktur praktisch beliebige Anisotropiekonstanten erzielen lassen.Ferrites with a garnet structure with anisotropy constants of a certain size and sign. The invention lies Therefore, the object of the invention is to provide a method with which, in the case of single-crystal ferrites with a garnet structure practically any anisotropy constant can be achieved.
Dies wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren eingangs erwähnter Art dadurch erreicht, daß dem Ausgangsgemisch zur Einkristallherstellung Iridium und/oder Ruthenium in einer 0,01 bis 0,8 Atom % des Endproduktes entsprechenden Menge zugesetzt wird.According to the invention, this is achieved in a method of the type mentioned at the beginning in that iridium and / or ruthenium is added to the starting mixture for the production of single crystals in an amount corresponding to 0.01 to 0.8 atom% of the end product.
Der Einbau geringer Mengen Iridium und/oder Ruthenium beeinflußt die Sättigungsmagnetisierung der Granate praktisch nicht, dagegen in hohem Maße die Anisotropiekonstanten K^ und K2. Ausgehend von einer Zusammensetzung mit einer bestimmten Sättigungsmagnetisierung können durch geringe Zusätze von Iridium und/oder Ruthenium gewünschte Anisotropiekonstanten erhalten werden.The incorporation of small amounts of iridium and / or ruthenium has practically no effect on the saturation magnetization of the garnet, but to a large extent the anisotropy constants K 1 and K 2 . Starting from a composition with a certain saturation magnetization, desired anisotropy constants can be obtained by adding small amounts of iridium and / or ruthenium.
Es sei noch erwähnt, daß es aus der "Zeitschrift für angewandte Physik", 1967, Seiten 190 bis 193, bekannt ist, polykristallinen Yttrium-Eisen-Granaten (YIG) geringe Mengen Ruthenium oder Iridium hinzuzusetzen, wodurch sich die Spinwellenlinienbreite ändert. Körper aus polykristallinen Yttrium-Eisen-Granaten weisen aber nach außen hin keine Anisotropie auf.It should also be mentioned that it is known from the "Zeitschrift für angewandte Physik", 1967, pages 190 to 193 is to add small amounts of ruthenium or iridium to polycrystalline yttrium iron garnets (YIG), whereby the spin wave line width changes. Body made of polycrystalline yttrium-iron garnets but there is no anisotropy towards the outside.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Zusammensetzungen näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the compositions given in the table below.
In der Tabelle sind die Zusammensetzungen der gemäß der Erfindung hergestellten Granate angegeben sowie die daran gemessenen Anisotropiekonstanten K1 und K2 bei 200C. Die Analysengenauigkeit für x, y und ζ beträgt +0,05 Atom %. In the table, the compositions of the shell made according to the invention are indicated as well as the measured thereon anisotropy constant K 1 and K 2 at 20 0 C. The analysis accuracy for x, y and ζ is +0.05 atom%.
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φ| ο CjI pj
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O
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Die Einkristallkörper mit den in der Tabelle angegebenen Zusammensetzungen wurden in an sich bekannter Weise aus einer Hilfsschmelze gezüchtet, z. B. nach einem in "Journal of Crystal Growth" 3, 4 (1968), Seiten 463 bis 466, beschriebenen Verfahren.The single crystal bodies with the compositions given in the table were made in a manner known per se grown in an auxiliary melt, e.g. B. according to one in "Journal of Crystal Growth" 3, 4 (1968), pages 463 to 466, described procedure.
Wie aus der Tabelle hervorgeht, lassen sich durch Zusatz von Iridium und/oder Ruthenium die Anisotropiekonstanten in weiten Bereichen verändern.As can be seen from the table, the anisotropy constants can be reduced by adding iridium and / or ruthenium change in wide areas.
Die Anmeldung bezieht sich auch auf die Verwendung von nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Einkristallen. The registration also relates to the use of single crystals produced by the method according to the invention.
Nach dem obigen Verfahren hergestellte Ferriteinkristalle mit Anisotropiekonstanten K^ = Kg = O eignen sich vorzugsweise als Ferrimagnetikum in Mikrowellenfiltern. In derartigen Filtern wird die ferromagnetische Resonanz ausgenutzt. Diese hängt außer von der Sättigungsmagnetisierung bei Einkristallen wesentlich von den Anisotropiekonstanten ab, welche wiederum temperaturabhängig sind. Um die Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz in einem Bereich um Zimmertemperatur möglichst gering zu halten, sollen die verwendeten Einkristalle Anisotropiekonstanten mit einem Wert von Null haben. Dies läßt sich bei den nach dem obigen Verfahren hergestellten Granaten durch Zusatz von Iridium und/oder Ruthenium erreichen. Außerdem bekommt man durch diesen Zusatz eine genaue Proportionalität zwischen Resonanzfrequenz und Magnetfeld H (f =/H).Ferrite single crystals with anisotropy constants K ^ = Kg = O produced by the above process are preferably suitable as a ferrimagnetic in microwave filters. The ferromagnetic resonance is used in such filters. In addition to the saturation magnetization in single crystals, this depends essentially on the anisotropy constants, which in turn are temperature-dependent. In order to minimize the temperature dependence of the resonance frequency in a range around room temperature hold, the single crystals used should have anisotropy constants with a value of zero. This can be achieve in the garnets produced by the above process by adding iridium and / or ruthenium. In addition, this addition gives you an exact proportionality between the resonance frequency and the magnetic field H (f = / H).
Ein anderer wichtiger Verwendungszweck von nach dem obigen Verfahren hergestellten Ferriteinkristallen sind Magnetschichten in Einwand-Domänenspeichern. Man unterscheidet hierbei zwischen 1. sogenannten Bubble-SpeichernAnother important use of ferrite single crystals produced by the above process is Magnetic layers in single-wall domain memories. One distinguishes here between 1. so-called bubble memories
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(vgl. "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. Mag-5, No. 3, Sept. 1969, Seiten 544 bis 553, und Seiten bis 561, sowie DOS 1 910 584) und 2. thermo-magnetooptischen Speicher-Systemen (vgl. "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. Mag-5, No. 4, Dez. 1969, Seiten 700 bis 716).(See "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. Mag-5, No. 3, Sept. 1969, pages 544 to 553, and pages to 561, as well as DOS 1 910 584) and 2. thermo-magneto-optical storage systems (see "IEEE Transactions on Magnetics ", Vol. Mag-5, No. 4, Dec. 1969, pages 700 to 716).
1. Bubble-Speicher besitzen dünne Magnetschichten (10 bis 100 /um), in denen zylindrische Domänen (bubbles) auftreten. Sie lassen sich als Speichermaterial verwenden. Die Bewegung der zylindrischen Domänen innerhalb der Schichten erfolgt durch ein magnetisches Feld. Das Anisotropiefeld der dünnen Schichten ist senkrecht zur λ Schichtoberfläche. Hierbei ist es insbesondere wichtig, den Durchmesser der Domänen möglichst klein zu halten, um eine hohe Speicherdichte zu erhalten. Der optimale Durchmesser d liegt dabei zwischen 1 /um und 10 /um. d ist in erster Linie abhängig von der Magnetisierung und der Anisotropie. Für 1 /um < d < 10 /um muß die Magnetisierung 4 TT Μσ etwa zwischen 80 bis 1200 Gauß und ein effektives Anisotropiefeld, das mit den Anisotropiekonstanten zusammenhängt, zwischen 100 und 10 000 Oerstedt liegen. Sämtliche bisher bekannten Ferrite haben die Eigenschaft, daß entweder das effektive Anisotropiefeld zu groß (z. B. hoxagonale Ferrite der Zusammensetzung ^aAl Fe.>2_x0-ig) oder die Magnetisierung ü zu klein ist (z. B. Orthoferrite der Zusammensetzung MFeO,, wobei M ein seltenes Erdmetall ist).1. Bubble storage devices have thin magnetic layers (10 to 100 μm) in which cylindrical domains (bubbles) occur. They can be used as storage material. The movement of the cylindrical domains within the layers takes place through a magnetic field. The anisotropy field of the thin layers is perpendicular to the λ layer surface. It is particularly important here to keep the diameter of the domains as small as possible in order to obtain a high storage density. The optimal diameter d is between 1 μm and 10 μm. d is primarily dependent on the magnetization and the anisotropy. For 1 / um <d <10 / um, the magnetization 4 TT Μ σ must be between 80 and 1200 Gauss and an effective anisotropy field, which is related to the anisotropy constant, between 100 and 10 000 Oerstedt. All ferrites known to date have the property that either the effective anisotropy field is too large (e.g. hoxagonal ferrites with the composition ^ aAl Fe.> 2_ x 0-ig) or the magnetization ü is too small (e.g. orthoferrite of the composition MFeO ,, where M is a rare earth metal).
Die Magnetisierung von Granaten nach der Erfindung kann durch Substitution von z. B. Aluminium oder Gallium beliebig eingestellt werden. Setzt man außerdem gemäß der Erfindung etwas Iridium und/oder Ruthenium hinzu, so kann auch das effektive Anisotropiefeld so eingestellt werden,The magnetization of grenades according to the invention can be achieved by substituting z. B. aluminum or gallium as desired can be set. If you also add some iridium and / or ruthenium according to the invention, so can the effective anisotropy field can also be set so that
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daß man in den gewünschten Bereich der Domänendurchmesser gelangt.that one arrives in the desired range of the domain diameter.
2. Bei den ähnlich aufgebauten thermo-magneto-optischen Speicher-Systemen erfolgt das Einschreiben, d. h. das Auslöschen einer Domäne, durch Erwärmung mittels eines Laserstrahls, der abgelenkt werden kannte. B. digitaler Lichtablenker). Das magnetische Material befindet sich hierbei in einem kleinen Magnetfeld, das bei der Arbeitstemperatur nicht ausreicht, um die Magnetisierung ändern zu können, d. h. kleiner ist als die Koerzitivkraft. An dem durch den Laserstrahl getroffenen kleinen Fleck (z. B. 10 χ 10 /um ) wird aber die Koerzitivkraft durch die Erwärmung kleiner als das angelegte Feld, so daß die Magnetisierung geändert werden kann. Nach Abkühlung bleibt der neue Zustand bestehen, weil jetzt die Koerzitivkraft wieder groß ist.2. In the similarly constructed thermo-magneto-optical storage systems, the writing takes place, i. H. the Extinguishing a domain by heating it with a laser beam that was known to be deflected. B. more digital Light deflector). The magnetic material is in a small magnetic field, which at the working temperature is not sufficient to change the magnetization to be able to d. H. is smaller than the coercive force. On the small spot hit by the laser beam (z. B. 10 χ 10 / um) but the coercive force is smaller than the applied field due to the heating, so that the magnetization can be changed. After cooling down, the new state remains because now the coercive force is great again.
Das Auslesen kann mit demselben Laser erfolgen, der dabei mit kleinerer Leistung arbeitet, so daß keine wesentliche Erwärmung des beleuchteten Flecks auftritt. Durch den magneto-optischen Kerr- oder Faraday-Effekt ist die Lichtintensität des durchgehenden bzw. reflektierten Strahls vom Magnetisierungszustand abhängig und kann mit einem elektro-optischen Detektor (Photodiode, Photomultiplier) registriert werden.The reading can be done with the same laser, which works with a lower power, so that none significant heating of the illuminated spot occurs. Through the magneto-optical Kerr or Faraday effect the light intensity of the continuous or reflected beam depends on the magnetization state and can be registered with an electro-optical detector (photodiode, photomultiplier).
Als magnetische Materialien für diese Speicher-Systeme sind bereits Granate (z. B. Gd,FecO12) bekannt. Eine wichtige Forderung ist aber, daß die Koerzitivkraft in einem kleinen Temperaturbereich stark mit der Temperatur abnimmt. Die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Granate lassen sich hier mit Vorteil anwenden, insbesondere mit Ga substituierte Gd-Fe-Granate. Bei Garnets (e.g. Gd, FecO 12 ) are already known as magnetic materials for these storage systems. An important requirement, however, is that the coercive force decreases sharply with temperature in a small temperature range. The garnets produced by the method described above can be used here with advantage, in particular Gd-Fe garnets substituted with Ga. at
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einer nicht zu kleinen Dotierung von Iridium oder Ruthenium nimmt die Anisotropie bei jeder Temperatur T stark zu, wobei der allgemeine Verlauf der Anisotropie - stetige Abnahme bis zu Null bei Curie-Temperatur - erhalten bleibt. Die Anisotropieänderung dK/dT kann also stark vergrößert werden. Das gleiche gilt auch für die Koerzitivkraftänderung dH /dT, weil die Koerzitivkraft im wesentlichen proportional mit der Anisotropie wächst.if the iridium or ruthenium doping is not too small, the anisotropy increases sharply at any temperature T to, whereby the general course of the anisotropy - steady decrease down to zero at Curie temperature - is obtained remain. The change in anisotropy dK / dT can therefore be greatly increased. The same goes for that too Change in coercive force dH / dT, because the coercive force increases essentially proportionally with the anisotropy.
Patentansprüche:Patent claims:
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Cited By (2)
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-
1971
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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NL7111654A (en) | 1972-03-02 |
GB1349396A (en) | 1974-04-03 |
FR2106131A5 (en) | 1972-04-28 |
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