JP2008076772A - Faraday rotator and its manufacturing method - Google Patents

Faraday rotator and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2008076772A
JP2008076772A JP2006256420A JP2006256420A JP2008076772A JP 2008076772 A JP2008076772 A JP 2008076772A JP 2006256420 A JP2006256420 A JP 2006256420A JP 2006256420 A JP2006256420 A JP 2006256420A JP 2008076772 A JP2008076772 A JP 2008076772A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rare earth
earth iron
substituted rare
iron garnet
faraday rotator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006256420A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshitsugu Miura
義從 三浦
Takatoshi Hirose
貴利 広瀬
Seiichi Yokoyama
精一 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hoya Corp filed Critical Hoya Corp
Priority to JP2006256420A priority Critical patent/JP2008076772A/en
Publication of JP2008076772A publication Critical patent/JP2008076772A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/18Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
    • H01F10/20Ferrites
    • H01F10/24Garnets

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Faraday rotator made of Bi-substituted rare-earth iron garnet eliminating the need for a magnetic field application means for saturating magnetization or capable of sufficiently saturating magnetization with a weak magnetic field. <P>SOLUTION: The Faraday rotator comprises a polycrystalline Bi-substituted rare-earth iron garnet including magneto-optical effect. The polycrystalline body comprises a plurality of crystal grains of Bi-substituted rare-earth iron garnet different in magnetic anisotropy energy. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は光通信分野、あるいは光計測の分野において、半導体レーザー等の光源から出射された光が、種々の原因で光源に帰還することを防止するための光アイソレータ等に用いられるファラデー回転子であって、特にその磁化を光伝播方向に飽和させるための磁界印加手段を必要としない、若しくは弱磁界でその磁化を充分に飽和させることができるファラデー回転子に関するものである。   The present invention is a Faraday rotator used in an optical isolator or the like for preventing light emitted from a light source such as a semiconductor laser from returning to the light source due to various causes in the field of optical communication or optical measurement. In particular, the present invention relates to a Faraday rotator which does not require a magnetic field applying means for saturating the magnetization in the light propagation direction or can sufficiently saturate the magnetization with a weak magnetic field.

図4に、従来からよく知られた、ファラデー回転子を用いた光アイソレータの構成概略を示す。図中、41はファラデー回転子、42は偏光子、43は検光子、44は永久磁石等の磁界印加手段、45は半導体レーザー等から成る光源、46は光源45から出射された光の伝播方向を示す。     FIG. 4 shows a schematic configuration of an optical isolator using a Faraday rotator that is well known in the art. In the figure, 41 is a Faraday rotator, 42 is a polarizer, 43 is an analyzer, 44 is a magnetic field applying means such as a permanent magnet, 45 is a light source composed of a semiconductor laser or the like, 46 is a propagation direction of light emitted from the light source 45. Indicates.

従来ファラデー回転子41の材料としては、例えば特許文献1に記載されているように、非磁性ガーネット基板上に液相エピタキシャル法で形成されたビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が用いられていた。一般的に、ファラデー回転子に入射する光の偏光方向と、ファラデー回転子を透過した後の光の偏光方向との成す角度、すなわちファラデー回転角は、ファラデー回転子の光伝播方向の厚さに比例する。   As a material of the conventional Faraday rotator 41, for example, as described in Patent Document 1, a bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal formed on a nonmagnetic garnet substrate by a liquid phase epitaxial method has been used. In general, the angle between the polarization direction of light incident on the Faraday rotator and the polarization direction of light after passing through the Faraday rotator, that is, the Faraday rotation angle, is the thickness of the light propagation direction of the Faraday rotator. Proportional.

例えば、光アイソレータの場合、ファラデー回転角は45度であることが必要であり、そのためのビスマス置換希土類鉄ガーネットの厚さは400〜500μmとなる(以下、45度のファラデー回転角を得るための厚さを「伝播長」と記す)。通常、係る伝播長を得るために、液相エピタキシャル法で、ビスマス置換希土類鉄ガーネットを前述した伝播長より厚く形成した後、基板を研磨で除去し、更に、精密研磨により所望のファラデー回転角を得るために必要な膜厚に追い込む、と云う加工方法が採られていた。   For example, in the case of an optical isolator, the Faraday rotation angle needs to be 45 degrees, and the thickness of the bismuth-substituted rare earth iron garnet is 400 to 500 μm (hereinafter, for obtaining a Faraday rotation angle of 45 degrees). The thickness is referred to as “propagation length”). Usually, in order to obtain such propagation length, after forming the bismuth-substituted rare earth iron garnet thicker than the above-mentioned propagation length by liquid phase epitaxy, the substrate is removed by polishing, and further, the desired Faraday rotation angle is obtained by precision polishing. A processing method has been adopted in which the film thickness required for obtaining is obtained.

ファラデー回転子を光アイソレータ等に使用する場合、一般的には、永久磁石等の適当な磁界印加手段44により、ファラデー回転子の磁化を光伝播方向に飽和させて使用されるが、例えば、特許文献2には、係る磁界印加手段を必要としないファラデー回転子が記載されている。同公報に記載されているファラデー回転子は、液相エピタキシャル法で形成されたTb3-xBiXFe5-Y-ZGayAlzO12 (但し、 1.1≦x≦1.5、0.65≦y+z≦1.2 、z≦y)で表されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶から成るものであり、当該ファラデー回転子を磁界中で着磁処理をすることにより、その磁化反転磁界が負の値(着磁するための磁界印加方向を正とする。)となり、結果として、永久磁石等の磁界印加手段が不要になることが記載されている。
特開平7−206593号公報 特開平9−328398号公報
When the Faraday rotator is used for an optical isolator or the like, it is generally used by saturating the magnetization of the Faraday rotator in the light propagation direction by an appropriate magnetic field applying means 44 such as a permanent magnet. Document 2 describes a Faraday rotator that does not require such magnetic field application means. Faraday rotator is described in the publication, Tb formed by the liquid phase epitaxial method 3-x Bi X Fe 5- YZ Ga y Al z O 12 ( where, 1.1 ≦ x ≦ 1.5,0.65 ≦ y + z ≦ 1.2 , Z ≦ y) and is composed of a bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal. When the Faraday rotator is magnetized in a magnetic field, the magnetization reversal field is negative (magnetized). Therefore, it is described that the magnetic field applying means such as a permanent magnet is not necessary.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-206593 JP 9-328398 A

発明者による、外部磁界が不要のファラデー回転子について、その磁化反転磁界の再現性等について系統的な検討の結果、磁化反転磁界の大きさは、単結晶の部位、あるいは単結晶の切断、研磨等の機械的加工条件に依存して変化し、従来の方法ではその再現性が得られ難い、と云う問題点があることが明らかとなった。そこで本発明が解決しようとする課題は、磁化を飽和させるための磁界印加手段が不要、あるいは弱磁界で十分磁化を飽和させることのできるファラデー回転子を提供することにある。   As a result of systematic examination of the reversibility of the magnetization reversal magnetic field of the Faraday rotator that does not require an external magnetic field by the inventor, the magnitude of the magnetization reversal magnetic field is determined based on the portion of the single crystal or the cutting or polishing of the single crystal. It has become clear that there is a problem that the reproducibility is difficult to obtain with the conventional method. Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a Faraday rotator which does not require a magnetic field applying means for saturating magnetization or can sufficiently saturate magnetization with a weak magnetic field.

上記課題を解決するための本発明により提供される第1の手段は、
磁気光学効果を有するBi置換希土類鉄ガーネットの多結晶体から構成されるファラデー回転子であって、該多結晶体が、磁気異方性エネルギー若しくは飽和磁化の少なくともいずれか一方が異なる複数のBi置換希土類鉄ガーネットの結晶粒から構成されていることを特徴とするファラデー回転子である。
The first means provided by the present invention for solving the above problems is as follows:
A Faraday rotator composed of a Bi-substituted rare earth iron garnet polycrystal having a magneto-optic effect, wherein the polycrystal has a plurality of Bi-substitutions different in at least one of magnetic anisotropy energy and saturation magnetization It is a Faraday rotator characterized by being composed of rare earth iron garnet crystal grains.

また、本発明により提供される第2の手段は、
該Bi置換希土類鉄ガーネットの結晶粒の磁気異方性エネルギーを異ならしめる手段が、該Bi置換希土類鉄ガーネットの磁気弾性効果を利用する手段であることを特徴とするファラデー回転子である。
The second means provided by the present invention includes
The Faraday rotator is characterized in that the means for differentiating the magnetic anisotropy energy of the crystal grains of the Bi-substituted rare earth iron garnet is a means utilizing the magnetoelastic effect of the Bi-substituted rare earth iron garnet.

また、本発明により提供される第3の手段は、
該Bi置換希土類鉄ガーネットの結晶粒は、その化学組成が(BixR3-x)(Fe5-yMy)O12(ただし、RはLa, Ce, Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Ho, Y, Yb, Lu の内少なくとも1種、MはGa, Alの少なくとも1種であり、x、yは、各々、0<x≦1.6, 0≦y≦1.0である。)の範囲内にあり、かつ該多結晶体が該化学組成の範囲内で異なる組成を有する複数の結晶粒から構成されていることを特徴とするファラデー回転子である。
The third means provided by the present invention includes
The Bi grain-substituted rare earth iron garnet, its chemical composition is (Bi x R 3-x) (Fe 5-y M y) O 12 ( wherein, R is La, Ce, Pr, Nd, Eu, Gd, At least one of Tb, Ho, Y, Yb, and Lu, M is at least one of Ga and Al, and x and y are 0 <x ≦ 1.6 and 0 ≦ y ≦ 1.0, respectively. The Faraday rotator is characterized in that the polycrystalline body is composed of a plurality of crystal grains that are within the range and have different compositions within the range of the chemical composition.

更に、本発明により提供される第4の手段は、
前述したファラデー回転子の製造方法であって、
該ファラデー効果を有する単一組成の、若しくは組成の異なる複数のBi置換希土類鉄ガーネットから成る原料微粒子を搬送ガスと混合してエアロゾル化し、減圧チャンバ内で該搬送ガスと共に、該原料微粒子をノズルを通して加速して基体表面に向けて噴射せしめることにより、Bi置換希土類鉄ガーネットから成る多結晶成膜体を形成するエアロゾルデポジション工程を含むことを特徴とするファラデー回転子の製造方法である。
Furthermore, the fourth means provided by the present invention includes:
A manufacturing method of the Faraday rotator described above,
Raw material fine particles composed of a single composition or a plurality of Bi-substituted rare earth iron garnets having the Faraday effect are mixed with a carrier gas to form an aerosol, and the raw material fine particles are passed through a nozzle together with the carrier gas in a decompression chamber. A method for producing a Faraday rotator comprising an aerosol deposition step of forming a polycrystalline film body made of Bi-substituted rare earth iron garnet by accelerating and spraying the substrate surface.

一般的に、強磁性体若しくはフェリ磁性体等の多結晶磁性体の磁化過程は、磁壁移動を伴う過程と磁化回転による過程に大別される。多結晶磁性体において、その結晶粒間に働く磁気的交換相互作用が、結晶粒内に働く磁気的交換相互作用に比べて充分小さく(例えば結晶粒界が非磁性体で構成されている場合等)、かつ結晶粒の大きさが単一磁区構造をとなる臨界粒径に比べて小さい場合、その磁化過程は磁化回転過程が支配的となり、当該磁性体の保磁力は、結晶粒の有する磁気異方性エネルギーと磁化の大きさによって決定される。   In general, the magnetization process of a polycrystalline magnetic material such as a ferromagnetic material or a ferrimagnetic material is roughly divided into a process involving domain wall movement and a process based on magnetization rotation. In a polycrystalline magnetic material, the magnetic exchange interaction acting between the crystal grains is sufficiently smaller than the magnetic exchange interaction acting within the crystal grains (for example, when the grain boundary is made of a non-magnetic material) ) And the size of the crystal grain is smaller than the critical grain size that forms a single magnetic domain structure, the magnetization process is dominated by the magnetization rotation process, and the coercive force of the magnetic material is the magnetism of the crystal grain. It is determined by the anisotropic energy and the magnitude of magnetization.

一方、結晶粒間に働く磁気的交換相互作用が充分大きい場合、換言すると磁気的に連続とみなせる場合には、特に、その初期的な磁化過程においては磁壁移動が支配的になり、当該磁性体の保磁力は磁壁移動の難易によって決定されることになる。磁壁移動の難易によって決定される保磁力は、特に磁壁抗磁力と称され、磁化回転に基づく保磁力と区別される。   On the other hand, when the magnetic exchange interaction between the crystal grains is sufficiently large, in other words, when it can be regarded as magnetically continuous, the domain wall motion becomes dominant in the initial magnetization process, and the magnetic substance The coercive force is determined by the difficulty of domain wall movement. The coercive force determined by the difficulty of domain wall movement is particularly called a domain wall coercive force, and is distinguished from a coercive force based on magnetization rotation.

以下、磁壁抗磁力について、詳細に説明する。   Hereinafter, the domain wall coercive force will be described in detail.

一般的に、磁壁エネルギーは(1)式によって与えられることが知られている。   In general, it is known that the domain wall energy is given by the equation (1).

Figure 2008076772
式(1)において、γは磁壁エネルギー、Aは交換スティフネス定数、Kは異方性エネルギーである。
Figure 2008076772
In Expression (1), γ is a domain wall energy, A is an exchange stiffness constant, and K is an anisotropic energy.

図5は、磁壁エネルギー(γ)の、磁性体内部の位置による変化を模式的に示したものである。理想的な磁性体においては、交換スティフネス定数(A)、及び異方性エネルギー(K)共に、場所に依らず一定であり、磁壁エネルギーは一様な値となる。この場合、磁壁抗磁力は零となる。しかし、例えば多結晶体等の場合には、場所に依る結晶粒の結晶方位の変化、あるいは結晶粒界の存在等によって、実質的な異方性エネルギーが場所によって変化し、その結果、磁壁エネルギーも場所によって変化することになり、磁壁抗磁力は有限の値をとることになる。   FIG. 5 schematically shows changes in the domain wall energy (γ) depending on the position inside the magnetic body. In an ideal magnetic material, both the exchange stiffness constant (A) and the anisotropic energy (K) are constant regardless of location, and the domain wall energy is a uniform value. In this case, the domain wall coercive force is zero. However, in the case of a polycrystal, for example, the substantial anisotropy energy varies depending on the location due to the change in crystal orientation of the crystal grains depending on the location or the presence of the crystal grain boundary. However, the domain wall coercive force takes a finite value.

一般的に、磁性体に磁界が印加されていない場合、磁壁は、磁壁エネルギーの極小点に存在することになる。図5において、その位置をx1とする。磁性体に磁界を印加した場合、磁壁の位置は、印加磁界の強度に応じて変化することになる。   In general, when a magnetic field is not applied to the magnetic material, the domain wall exists at the minimum point of the domain wall energy. In FIG. 5, the position is assumed to be x1. When a magnetic field is applied to the magnetic material, the position of the domain wall changes according to the strength of the applied magnetic field.

印加磁界が充分大きくない場合、図5において、磁壁はx1からx2に移動したと仮定すると、(2)式が成立する。   When the applied magnetic field is not sufficiently large, in FIG. 5, assuming that the domain wall has moved from x1 to x2, equation (2) is established.

Figure 2008076772
式(2)において、Isは磁化、Hは印加磁界である。
式(2)と図5とから、印加磁界が一定の場合、磁壁は、磁壁エネルギーの位置に対する微係数の増大と共に、あるいは磁化の減少と共に、移動し難くなることが定性的に理解される。また、 印加磁界が充分大きい場合には、磁壁は磁壁エネルギーの極大を乗り越えて移動し、磁性体の印加磁界に応じて磁化量は増加することになる。
Figure 2008076772
In Equation (2), Is is magnetization and H is an applied magnetic field.
From Equation (2) and FIG. 5, it is qualitatively understood that when the applied magnetic field is constant, the domain wall becomes difficult to move with an increase in the derivative with respect to the position of the domain wall energy or with a decrease in magnetization. When the applied magnetic field is sufficiently large, the domain wall moves over the domain wall energy maximum, and the amount of magnetization increases in accordance with the applied magnetic field of the magnetic material.

以上、説明したように、磁壁抗磁力は、磁壁エネルギーの不均一性、換言すると異方性エネルギーの不均一性に起因するものであり、その値は、磁壁エネルギーの位置に対する微係数を増大せしめることにより大きくすることができる。   As described above, the domain wall coercivity is caused by the nonuniformity of the domain wall energy, in other words, the nonuniformity of the anisotropic energy, and the value increases the derivative with respect to the position of the domain wall energy. Can be enlarged.

磁壁抗磁力が増大すれば、残留磁化量が増大し、結果として永久磁石等の磁界印加手段を講じなくとも、充分なファラデー回転を得ることができる。   If the domain wall coercive force increases, the amount of residual magnetization increases, and as a result, sufficient Faraday rotation can be obtained without providing a magnetic field application means such as a permanent magnet.

本発明は、多結晶のBi置換希土類鉄ガーネット磁性体において、当該多結晶体を構成する結晶粒の異方性エネルギーを異ならしめることにより、磁壁エネルギーの位置に対する微係数を増大せしめ、高い磁壁抗磁力を発現せしめるものである。   In the present invention, in a polycrystalline Bi-substituted rare earth iron garnet magnetic body, the anisotropy energy of crystal grains constituting the polycrystalline body is made different to increase the derivative with respect to the position of the domain wall energy, thereby increasing the high domain wall resistance. Magnetic force is developed.

本発明により、磁化を飽和させるための磁界印加手段が不要、あるいは弱磁界で充分磁化を飽和させることができるBi置換希土類鉄ガーネットから成るファラデー回転子の提供が可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a Faraday rotator made of a Bi-substituted rare earth iron garnet that does not require a magnetic field applying means for saturating magnetization or can sufficiently saturate magnetization with a weak magnetic field.

本発明の実施の形態について、以下説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

図1に本発明により成る多結晶のBi置換希土類鉄ガーネットの形態を模式的に示す。同図において、1,2,11,12,13は多結晶Bi置換希土類鉄ガーネットを構成する結晶粒、3は結晶粒界、31,32は各々結晶粒11と12間に存在する結晶粒界、及び結晶粒12と13の間に存在する結晶粒界である。また、結晶粒1,11,13の磁気異方性エネルギーは、結晶粒2,12の同エネルギーと異なる。   FIG. 1 schematically shows the form of a polycrystalline Bi-substituted rare earth iron garnet according to the present invention. In the figure, 1, 2, 11, 12, and 13 are crystal grains constituting the polycrystalline Bi-substituted rare earth iron garnet, 3 is a crystal grain boundary, and 31 and 32 are crystal grain boundaries that exist between the crystal grains 11 and 12, respectively. , And a crystal grain boundary existing between the crystal grains 12 and 13. Further, the magnetic anisotropy energy of the crystal grains 1, 11 and 13 is different from the same energy of the crystal grains 2 and 12.

以下、結晶粒11及び13の磁気異方性エネルギーが結晶粒12に比べて大きい場合を例にとり説明する。図2に、図1中のAA’線に沿った磁壁エネルギー(式(1)参照)を模式的に示す。図中、P1、P2は、図1に示した結晶粒界31,32が存在する箇所に対応する。 交換スティフネス定数(A)がほぼ一定と仮定すると、磁壁エネルギーは磁気異方性エネルギーに比例することから、結晶粒12に相当する部分で小さく、結晶粒11及び13に相当する部分で大きくなる。   Hereinafter, a case where the magnetic anisotropy energy of the crystal grains 11 and 13 is larger than that of the crystal grains 12 will be described as an example. FIG. 2 schematically shows the domain wall energy (see formula (1)) along the line AA ′ in FIG. 1. In the figure, P1 and P2 correspond to the locations where the crystal grain boundaries 31, 32 shown in FIG. Assuming that the exchange stiffness constant (A) is substantially constant, the domain wall energy is proportional to the magnetic anisotropy energy, and therefore is small in the portion corresponding to the crystal grains 12 and large in the portions corresponding to the crystal grains 11 and 13.

前述したように、磁壁抗磁力は、磁壁エネルギーの位置に対する微係数に比例することから、磁壁エネルギーの変化、すなわち磁気異方性エネルギーの変化を急峻にすればするほど磁壁抗磁力は大きくなる。 本発明により成る多結晶Bi置換希土類鉄ガーネットの場合、磁気異方性エネルギーが変化する領域は、ほぼ結晶粒界の領域に限定され、かつ結晶粒界は、一般的に非常に薄いことから、磁気異方性エネルギーの位置に対する微係数、引いては磁壁エネルギーの同係数は非常に大きくなり、磁壁抗磁力の増大を図ることができる。   As described above, since the domain wall coercivity is proportional to the differential coefficient with respect to the position of the domain wall energy, the domain wall coercivity increases as the change in domain wall energy, that is, the change in magnetic anisotropy energy becomes steeper. In the case of the polycrystalline Bi-substituted rare earth iron garnet according to the present invention, the region where the magnetic anisotropy energy changes is almost limited to the region of the grain boundary, and the grain boundary is generally very thin, The differential coefficient with respect to the position of the magnetic anisotropy energy, that is, the same coefficient of the domain wall energy becomes very large, and the domain wall coercive force can be increased.

以上、本発明における磁壁抗磁力の増大メカニズムについて説明したが、斯かる磁壁抗磁力の増大は、結晶粒12の磁気異方性エネルギーが、結晶粒11及び13の同エネルギーに比べて大きい場合にも、当然に発現するものである。   The mechanism for increasing the domain wall coercive force in the present invention has been described above. This increase in the domain wall coercive force is caused when the magnetic anisotropy energy of the crystal grains 12 is larger than the energy of the crystal grains 11 and 13. Are naturally expressed.

また、多結晶Bi置換希土類鉄ガーネットを構成する結晶粒の磁気異方性エネルギーを変化させる方法としては、<1>結晶粒の化学組成を変化させる方法、あるいは<2>磁気弾性効果によって磁気異方性を誘導させる方法、等を挙げることができる。これ等方法の内、<1>の方法は、Bi置換希土類鉄ガーネットの場合、その化学組成によって磁気異方性エネルギーが異なることに基づく方法である。<2>の磁気弾性効果によって磁気異方性を誘導させる方法について、以下に説明する。   Also, as a method of changing the magnetic anisotropy energy of the crystal grains constituting the polycrystalline Bi-substituted rare earth iron garnet, <1> a method of changing the chemical composition of the crystal grains, or <2> a method of changing the magnetic anisotropy by the magnetoelastic effect. The method of inducing directionality can be mentioned. Among these methods, the method <1> is a method based on the fact that, in the case of Bi-substituted rare earth iron garnet, the magnetic anisotropy energy differs depending on the chemical composition. A method for inducing magnetic anisotropy by the magnetoelastic effect <2> will be described below.

一般的に、磁性体に力を印加した場合、磁気弾性効果により磁気異方性が誘導される。力を印加することによって磁性体内部に発生する応力と磁気異方性エネルギーとの関係は(3)式によって与えられる。   Generally, when a force is applied to a magnetic material, magnetic anisotropy is induced by a magnetoelastic effect. The relationship between the stress generated in the magnetic body by applying force and the magnetic anisotropy energy is given by equation (3).

Figure 2008076772
式(3)において、Kuは誘導される磁気異方性エネルギー、λは磁歪定数、σは応力である。一般的に、応力が圧縮応力の場合には、σは負、同引っ張り応力の場合には正で表記される。また、磁歪定数(λ)は正・負いずれの値もとり得、λ・σ積が正の場合には、応力の方向を磁化容易軸とする一軸的な磁気異方性が、λ・σ積が負の場合には、応力の方向と直交する方向を磁化容易軸とする磁気異方性が誘導される。

また、Bi置換希土類鉄ガーネットのような立方晶に属する磁性体の場合、磁歪定数(λ)は、λ111とλ100の線型結合で表される。ここで、λ111は応力の方向が(111)方向の場合の磁歪定数、λ100は同(100)方向の場合の磁歪定数である。一般的に、磁歪定数、λ111とλ100は互いに異なり、例えばTb3Fe5O12の場合、λ111は12×106、λ100は-3.3×106である。
Figure 2008076772
In Equation (3), Ku is the induced magnetic anisotropy energy, λ is the magnetostriction constant, and σ is the stress. Generally, when the stress is a compressive stress, σ is expressed as negative, and when the stress is the tensile stress, it is expressed as positive. The magnetostriction constant (λ) can be either positive or negative. When the λ · σ product is positive, the uniaxial magnetic anisotropy with the direction of stress as the easy axis of magnetization is the λ · σ product. Is negative, magnetic anisotropy is induced with the easy axis as the direction orthogonal to the direction of stress.

In the case of a magnetic material belonging to a cubic crystal such as Bi-substituted rare earth iron garnet, the magnetostriction constant (λ) is represented by a linear combination of λ 111 and λ 100 . Here, λ 111 is a magnetostriction constant when the stress direction is the (111) direction, and λ 100 is a magnetostriction constant when the stress direction is the (100) direction. In general, the magnetostriction constants λ 111 and λ 100 are different from each other. For example, in the case of Tb 3 Fe 5 O 12 , λ 111 is 12 × 10 6 and λ 100 is −3.3 × 10 6 .

図3a及び図3bに、磁気弾性効果による磁気異方性を誘導させる方法の一例について説明する。図3aは、Bi置換希土類鉄ガーネット多結晶体を適当な基板上に形成した場合の形態を模式的に示した概略側断面図、図3bは、各結晶粒に磁気弾性効果によって誘導される磁気異方性を模式的に示した図である。図中、33は基板、34はBi置換希土類鉄ガーネット多結晶体、35は多結晶体34を構成する結晶粒、351は磁歪定数が正の結晶粒、352は磁歪定数が負の結晶粒、36及び37は磁化容易軸方向を示す矢印、38は応力の方向を示す。   An example of a method for inducing magnetic anisotropy by the magnetoelastic effect will be described with reference to FIGS. 3a and 3b. FIG. 3a is a schematic cross-sectional side view schematically showing a form in which a Bi-substituted rare earth iron garnet polycrystal is formed on a suitable substrate, and FIG. 3b is a diagram showing magnetism induced by magnetoelastic effect in each crystal grain. It is the figure which showed the anisotropy typically. In the figure, 33 is a substrate, 34 is a Bi-substituted rare earth iron garnet polycrystal, 35 is a crystal grain constituting the polycrystal 34, 351 is a crystal grain having a positive magnetostriction constant, 352 is a crystal grain having a negative magnetostriction constant, Reference numerals 36 and 37 denote arrows indicating the easy axis direction of magnetization, and 38 denotes the direction of stress.

同図に示したように、多結晶体34の形成面を上面として凸に反る場合には、多結晶体34の内部には圧縮応力が存在する。係る場合、多結晶体34を構成する結晶粒35の結晶軸は無秩序に配向していることから、応力の方向に対する磁歪定数も異なり、例えば図3bに示したように、ある結晶粒においてはその磁歪定数が正となり、またある結晶粒においては負となる場合も生じ得る。例えば、前述したTb3Fe5O12の場合においては、応力の方向が<111>軸と一致する結晶粒にあっては、誘導される磁気異方性に関与する磁歪定数は正の値であるλ111のみであって、また応力の方向が<100>軸と一致する結晶粒にあっては、誘導される磁気異方性に関与する磁歪定数は負の値であるλ100のみとなる。 As shown in the figure, when the formation surface of the polycrystal body 34 is warped convexly with the upper surface as the upper surface, compressive stress exists inside the polycrystal body 34. In such a case, since the crystal axes of the crystal grains 35 constituting the polycrystal 34 are disorderly oriented, the magnetostriction constants with respect to the direction of the stress are also different. For example, as shown in FIG. In some cases, the magnetostriction constant is positive, and in some crystal grains, it is negative. For example, in the case of Tb 3 Fe 5 O 12 described above, the magnetostriction constant related to the induced magnetic anisotropy is a positive value in the case of crystal grains whose stress direction coincides with the <111> axis. In the case of a crystal grain having only a certain λ 111 and the direction of the stress coincides with the <100> axis, the magnetostriction constant related to the induced magnetic anisotropy is only a negative value λ 100. .

このように、磁歪定数の符号が異なる場合には、図3bに示したように、誘導される磁気異方性エネルギーのみならず磁化容易軸方向が結晶粒によって異なることになる。   Thus, when the signs of the magnetostriction constants are different, as shown in FIG. 3b, not only the induced magnetic anisotropy energy but also the easy magnetization axis direction differs depending on the crystal grains.

なお、本発明において、磁歪定数の符号が異なることは必須の要件ではなく、要は各結晶粒において、誘導される磁気異方性に関与する磁歪定数が異なっている限りにおいて、本発明の磁壁抗磁力増大効果は発現する。また、Bi置換希土類鉄ガーネットに存在する応力も圧縮応力に限定されるものではなく、引っ張り応力の場合においても、本発明の磁壁抗磁力増大効果は発現する。   In the present invention, it is not an essential requirement that the sign of the magnetostriction constant is different. In short, as long as the magnetostriction constant involved in the induced magnetic anisotropy is different in each crystal grain, the domain wall of the present invention. The effect of increasing the coercive force appears. Further, the stress existing in the Bi-substituted rare earth iron garnet is not limited to compressive stress, and the domain wall coercive force increasing effect of the present invention is exhibited even in the case of tensile stress.

前述した磁気異方性エネルギーを変化させる方法として、<1>の方法、すなわち結晶粒の化学組成を変化させる方法を採る場合には、各結晶粒の化学組成が、結晶粒界を境として明確に区別されることが肝要となる。係る観点から、Bi置換希土類鉄ガーネットの形成方法としては、エアロゾルデポジション法を用いた成膜方法が好適である。   As the method for changing the magnetic anisotropy energy described above, when the method <1>, that is, the method of changing the chemical composition of the crystal grains, is adopted, the chemical composition of each crystal grain is clearly defined at the grain boundary. It is important to distinguish between From such a viewpoint, as a method for forming the Bi-substituted rare earth iron garnet, a film forming method using an aerosol deposition method is suitable.

エアロゾルデポジション法(以下、AD法と記す)は、粒径が数十nm〜数μmのセラミックス等の微粒子から成る原料をガスと混合してエアロゾル化し、ノズルを通して基板に噴射して、セラミックス等の膜を形成する技術である。AD法は、低基板温度で、かつ高成膜速度で、原料である微粒子と同様の結晶構造を有する緻密な被膜が形成できる方法である。   The aerosol deposition method (hereinafter referred to as the AD method) is a method in which a raw material composed of fine particles such as ceramics having a particle size of several tens of nanometers to several μm is mixed with a gas to form an aerosol, which is then sprayed onto a substrate through a nozzle to produce ceramics, etc. This is a technique for forming a film. The AD method is a method capable of forming a dense film having a crystal structure similar to that of fine particles as a raw material at a low substrate temperature and at a high film formation rate.

AD法を用いた成膜装置について図5を用いて説明する。図5は、成膜装置の基本構成を示した概略図である。図中、51は被成膜基板、52は被成膜基板51を移動せしめるXYステージ、53はノズル、54は成膜チャンバ、55は分級器、56はエアロゾル発生器、57は高圧ガス、58はマスフロー制御器、59はパイプライン、図中矢印は基板走査方向を模式的に示したものである。セラミックス等からなる原料微粒子は、エアロゾル発生器56の内部でマスフロー制御器58を介して供給される搬送ガス(図示せず)と混合されてエアロゾル化される。成膜チャンバ54の内部は、真空ポンプ(図示せず)で〜50Pa程度に減圧されており、この圧力とエアロゾル発生器56内部の圧力との差圧によって生じるガス流によってエアロゾル化された原料微粒子は、分級器55を介して成膜チャンバ54内に導かれ、ノズル53を通して加速、被成膜基板51に噴射される。ガスによって搬送された原料微粒子は、1mm以下の微小開口のノズルを通すことで数百m/sまでに加速される。加速された原料微粒子は被成膜基板51に衝突し、その運動エネルギーは一気に解放され、皮膜が形成されることになる。   A film forming apparatus using the AD method will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing the basic configuration of the film forming apparatus. In the figure, 51 is a deposition substrate, 52 is an XY stage that moves the deposition substrate 51, 53 is a nozzle, 54 is a deposition chamber, 55 is a classifier, 56 is an aerosol generator, 57 is a high-pressure gas, 58 Is a mass flow controller, 59 is a pipeline, and the arrows in the figure schematically show the substrate scanning direction. Raw material fine particles made of ceramics or the like are mixed with a carrier gas (not shown) supplied via a mass flow controller 58 inside the aerosol generator 56 to be aerosolized. The inside of the film forming chamber 54 is decompressed to about 50 Pa by a vacuum pump (not shown), and the raw material fine particles aerosolized by the gas flow generated by the differential pressure between this pressure and the pressure inside the aerosol generator 56. Is introduced into the film forming chamber 54 through the classifier 55, accelerated through the nozzle 53, and sprayed onto the film formation substrate 51. The raw material fine particles conveyed by the gas are accelerated up to several hundred m / s by passing through a nozzle having a minute opening of 1 mm or less. The accelerated raw material fine particles collide with the deposition target substrate 51, and the kinetic energy is released at a stretch to form a film.

前述したように、AD法を用いることにより低基板温度で、かつ原料微粒子と同一の結晶構造を有するセラミックス膜を形成できることから、例えば組成が異なる複数種のBi置換希土類鉄ガーネットから成る微粒子を予め所望の比率に混合し、当該複合微粒子を原料微粒子として、AD法を用いて成膜することにより、結晶粒界を境として、化学組成が明確に区別されるBi置換希土類鉄ガーネット多結晶体を得ることができる。   As described above, since the ceramic film having the same crystal structure as that of the raw material fine particles can be formed at a low substrate temperature by using the AD method, for example, fine particles made of a plurality of types of Bi-substituted rare earth iron garnets having different compositions are previously prepared. A Bi-substituted rare earth iron garnet polycrystal having a distinct chemical composition at the grain boundary is formed by mixing at a desired ratio and forming the composite fine particles as raw material fine particles using the AD method. Obtainable.

以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

<実施例1>
AD法により、サファイア基板の表面に、Bi1.0Gd2.0Fe5O12膜を300μm厚に成膜した。ここで用いた原料微粒子の平均粒径は0.8μm、搬送ガスは酸素で、その流量は5リットル/分であった。また、噴射ノズルの開口径は0.6mmφであった。また、用いたサファイア基板の形状は、10mm角で、厚さは0.6mmであった。
<Example 1>
A Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 5 O 12 film having a thickness of 300 μm was formed on the surface of the sapphire substrate by the AD method. The average particle diameter of the raw material fine particles used here was 0.8 μm, the carrier gas was oxygen, and the flow rate was 5 liters / minute. The opening diameter of the injection nozzle was 0.6 mmφ. The shape of the sapphire substrate used was 10 mm square and the thickness was 0.6 mm.

サファイア基板の熱膨張係数は約5×10−6/℃であり、本実施例で用いたBi置換希土類鉄ガーネットの熱膨張係数(約10×10−6/℃)に比べて小さい。 The thermal expansion coefficient of the sapphire substrate is about 5 × 10 −6 / ° C., which is smaller than the thermal expansion coefficient (about 10 × 10 −6 / ° C.) of the Bi-substituted rare earth iron garnet used in this example.

成膜後、酸素雰囲気中で700℃、1時間の条件で熱処理を施した。熱処理後の試料は、膜形成面を上面とした場合に凹型に反っており、Bi1.0Gd2.0Fe5O12膜には引っ張り応力が残留していることが確認された。また、粉末X線回折法で熱処理後のBi1.0Gd2.0Fe5O12膜のX線回折を測定した結果、同膜は多結晶体であり、かつ特定の結晶軸が優先的に配向していないことが確認された。 After film formation, heat treatment was performed in an oxygen atmosphere at 700 ° C. for 1 hour. The sample after the heat treatment warped in a concave shape when the film formation surface was the upper surface, and it was confirmed that tensile stress remained in the Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 5 O 12 film. Moreover, as a result of measuring the X-ray diffraction of the Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 5 O 12 film after the heat treatment by the powder X-ray diffraction method, the film is a polycrystal and the specific crystal axis is preferentially oriented. Not confirmed.

熱処理後の試料を、幅:300μm、長さ:450μmの直方体形状に切断し、磁化曲線、及びファラデー回転を測定した。(当該直方体試料のBi1.0Gd2.0Fe5O12膜厚は300μmで、サファイア基板の厚さ:0.6mmを含めると、直方体試料の厚さは0.9mmとなる。)
波長:1.55μmの光を直方体試料の長手方向に透過させて、飽和ファラデー回転角を測定した結果、その値は54度であった。また、VSM(振動式磁力計)で、試料長手方向に磁界を掃引して磁化曲線を測定した結果、Bi1.0Gd2.0Fe5O12膜の保磁力は170 Oeで、Mr角形比は約0.85であった。
<実施例2>
実施例1に記載した方法とほぼ同様の方法で、サファイア基板の表面に、Bi1.0Gd2.0Fe5O12とBi1.0Tb2.0Fe5O12の混合物から成るBi置換希土類鉄ガーネット混合膜を300μm厚に成膜した。用いた原料微粒子は、共に平均粒径が0.8μmのBi1.0Gd2.0Fe5O12とBi1.0Tb2.0Fe5O12の粉末を重量比で1:1に混合した微粒子である。
The sample after the heat treatment was cut into a rectangular parallelepiped shape having a width of 300 μm and a length of 450 μm, and a magnetization curve and a Faraday rotation were measured. (The Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 5 O 12 film thickness of the cuboid sample is 300 μm, and when the thickness of the sapphire substrate: 0.6 mm is included, the thickness of the cuboid sample is 0.9 mm.)
As a result of measuring the saturation Faraday rotation angle by transmitting light having a wavelength of 1.55 μm in the longitudinal direction of the rectangular parallelepiped sample, the value was 54 degrees. Further, as a result of measuring the magnetization curve by sweeping the magnetic field in the longitudinal direction of the sample with a VSM (vibrating magnetometer), the coercivity of the Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 5 O 12 film is 170 Oe, and the Mr square ratio is about 0. .85.
<Example 2>
A Bi-substituted rare earth iron garnet mixed film composed of a mixture of Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 5 O 12 and Bi 1.0 Tb 2.0 Fe 5 O 12 is formed on the surface of the sapphire substrate in a manner substantially similar to the method described in Example 1. A thick film was formed. The raw material fine particles used were fine particles in which powders of Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 5 O 12 and Bi 1.0 Tb 2.0 Fe 5 O 12 having an average particle diameter of 0.8 μm were mixed at a weight ratio of 1: 1.

粉末X線回折法で熱処理後の試料についてX線回折を測定した結果、実施例1と同様、形成されたBi置換希土類鉄ガーネット混合膜は多結晶体であり、かつ特定の結晶軸が優先的に配向していないことが確認された。また、ガーネット構造に起因する高回折角度側に位置する回折は、Bi1.0Gd2.0Fe5O12とBi1.0Tb2.0Fe5O12の各々に基ずく回折に明瞭に分離しており、形成された膜は、組成が明確に異なる2種類のBi置換希土類鉄ガーネットの混合物であることが確認された。 As a result of measuring the X-ray diffraction of the heat-treated sample by the powder X-ray diffraction method, the formed Bi-substituted rare earth iron garnet mixed film is a polycrystal and the specific crystal axis is preferential as in Example 1. It was confirmed that they were not oriented. In addition, the diffraction located on the high diffraction angle side due to the garnet structure is clearly separated and formed based on each of Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 5 O 12 and Bi 1.0 Tb 2.0 Fe 5 O 12 The film was confirmed to be a mixture of two types of Bi-substituted rare earth iron garnets with distinctly different compositions.

熱処理後の試料について、実施例1に記載した方法と同様の方法で、飽和ファラデー回転角を測定した結果、その値は50度であった。また保磁力は200 Oeで、Mr角型比は約0.82であった。
<実施例3>
実施例2と同様の方法で、Bi1.0Gd2.0Fe5O12とBi1.0Gd2.0Fe4.5Al0.5O12の混合物から成るBi置換希土類鉄ガーネット膜を形成した。両者の混合比は、実施例2と同様1:1である。
As a result of measuring the saturation Faraday rotation angle of the sample after the heat treatment by the same method as described in Example 1, the value was 50 degrees. The coercive force was 200 Oe and the Mr squareness ratio was about 0.82.
<Example 3>
A Bi-substituted rare earth iron garnet film composed of a mixture of Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 5 O 12 and Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 was formed in the same manner as in Example 2. The mixing ratio of both is 1: 1 as in Example 2.

粉末X線回折法で熱処理後の試料についてX線回折を測定した結果、実施例1と同様、形成されたBi置換希土類鉄ガーネット混合膜は多結晶体であり、かつ特定の結晶軸が優先的に配向していないことが確認された。また、ガーネット構造に起因する高回折角度側に位置する回折は、Bi1.0Gd2.0Fe5O12とBi1.0Gd2.0Fe4.5Al0.5O12の各々に基ずく回折に明瞭に分離しており、形成された膜は、組成が明確に異なる2種類のBi置換希土類鉄ガーネットの混合物であることが確認された。 As a result of measuring the X-ray diffraction of the heat-treated sample by the powder X-ray diffraction method, the formed Bi-substituted rare earth iron garnet mixed film is a polycrystal and the specific crystal axis is preferential as in Example 1. It was confirmed that they were not oriented. In addition, the diffraction located on the high diffraction angle side due to the garnet structure is clearly separated into diffraction based on each of Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 5 O 12 and Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 , It was confirmed that the formed film was a mixture of two types of Bi-substituted rare earth iron garnets with clearly different compositions.

熱処理後の試料について、実施例1に記載した方法と同様の方法で、飽和ファラデー回転角を測定した結果、その値は48度であった。また保磁力は200 Oeで、Mr角型比は約0.85であった。
<実施例4>
実施例2と同様の方法で、Bi1.0Gd2.0Fe5O12とBi1.0Gd2.0Fe4.5Ga0.5O12の混合物から成るBi置換希土類鉄ガーネット膜を形成した。両者の混合比は、実施例2と同様1:1である。
The sample after the heat treatment was measured for saturated Faraday rotation angle by the same method as described in Example 1, and as a result, the value was 48 degrees. The coercive force was 200 Oe and the Mr squareness ratio was about 0.85.
<Example 4>
A Bi-substituted rare earth iron garnet film composed of a mixture of Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 5 O 12 and Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 4.5 Ga 0.5 O 12 was formed in the same manner as in Example 2. The mixing ratio of both is 1: 1 as in Example 2.

粉末X線回折法で熱処理後の試料についてX線回折を測定した結果、実施例1と同様、形成されたBi置換希土類鉄ガーネット混合膜は多結晶体であり、かつ特定の結晶軸が優先的に配向していないことが確認された。また、ガーネット構造に起因する高回折角度側に位置する回折は、Bi1.0Gd2.0Fe5O12とBi1.0Gd2.0Fe4.5Gal0.5O12の各々に基ずく回折に明瞭に分離しており、形成された膜は、組成が明確に異なる2種類のBi置換希土類鉄ガーネットの混合物であることが確認された。 As a result of measuring the X-ray diffraction of the heat-treated sample by the powder X-ray diffraction method, the formed Bi-substituted rare earth iron garnet mixed film is a polycrystal and the specific crystal axis is preferential as in Example 1. It was confirmed that they were not oriented. In addition, the diffraction located on the high diffraction angle side due to the garnet structure is clearly separated into diffraction based on each of Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 5 O 12 and Bi 1.0 Gd 2.0 Fe 4.5 Gal 0.5 O 12 It was confirmed that the formed film was a mixture of two types of Bi-substituted rare earth iron garnets with clearly different compositions.

熱処理後の試料について、実施例1に記載した方法と同様の方法で、飽和ファラデー回転角を測定した結果、その値は49度であった。また保磁力は210 Oeで、Mr角型比は約0.85であった。   The sample after the heat treatment was measured for saturation Faraday rotation angle by the same method as described in Example 1, and as a result, the value was 49 degrees. The coercive force was 210 Oe and the Mr squareness ratio was about 0.85.

以上、実施例として、主にBi置換Gd鉄ガーネットの場合について詳細に説明したが、本発明は当該ガーネット組成に限定されるものではない。すなわち、前述したように、本発明の効果である、磁壁抗磁力の増大効果を発現させるための要件は、Bi置換希土類鉄ガーネット多結晶体を構成する結晶粒の有する磁気異方性エネルギーが異なることであり、この範囲内において、一般式:(BixR3-x)(Fe5-yMy)O12で表されるBi置換希土類鉄ガーネットのR をLa, Ce, Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Ho, Y, Yb, Lu の内少なくとも1種とすることが可能であり、またMをGa, Alの少なくとも1種とすることが可能である。ただし、Bi置換希土類鉄ガーネットの場合、Biの置換量が大きくなると、ガーネット構造自体が不安定となるため、置換量:xの範囲は0<x≦1.6であることが好ましい。また、鉄の置換元素であるMは、非磁性元素であるために、その置換はファラデー回転の低下を来す。よって、この観点からその置換量:yの範囲は 0≦y≦1.0であることが好ましい。 As mentioned above, as an example, the case of Bi-substituted Gd iron garnet has been mainly described in detail, but the present invention is not limited to the garnet composition. That is, as described above, the requirement for expressing the domain wall coercivity increasing effect, which is the effect of the present invention, is different in the magnetic anisotropy energy of the crystal grains constituting the Bi-substituted rare earth iron garnet polycrystal. it, and the within this range, the general formula: (Bi x R 3-x ) (Fe 5-y M y) to R of Bi substituted rare earth iron garnet represented by O 12 La, Ce, Pr, Nd, At least one of Eu, Gd, Tb, Ho, Y, Yb, and Lu can be used, and M can be at least one of Ga and Al. However, in the case of Bi-substituted rare earth iron garnet, if the Bi substitution amount increases, the garnet structure itself becomes unstable. Therefore, the range of the substitution amount: x is preferably 0 <x ≦ 1.6. Further, since M, which is a substitution element of iron, is a nonmagnetic element, the substitution causes a decrease in Faraday rotation. Therefore, from this viewpoint, the range of the substitution amount: y is preferably 0 ≦ y ≦ 1.0.

更に、Bi置換希土類鉄ガーネット膜を形成する際の、AD法の成膜条件、熱処理条件、あるいは基板種も前述した実施例に記載された条件、種類に限定されるものではない。   Furthermore, the film formation conditions, heat treatment conditions, and substrate types of the AD method when forming the Bi-substituted rare earth iron garnet film are not limited to the conditions and types described in the above-described embodiments.

例えば、実施例1で記載した、磁気弾性効果による誘導磁気異方性を利用する場合にあっては、Bi置換希土類鉄ガーネットの磁歪定数と必要な内部応力の観点から、通常の実験的手段を用いて、適宜基板種あるいは熱処理条件を選定することができる。またAD法の成膜条件である、搬送ガス流量、あるいは原料微粒子の平均粒径についても、通常の実験的手段により、適宜選定することができる。   For example, in the case of utilizing the induced magnetic anisotropy due to the magnetoelastic effect described in Example 1, from the viewpoint of the magnetostriction constant of Bi-substituted rare earth iron garnet and the necessary internal stress, ordinary experimental means are used. The substrate type or heat treatment conditions can be selected as appropriate. Also, the carrier gas flow rate or the average particle diameter of the raw material fine particles, which are film formation conditions of the AD method, can be appropriately selected by ordinary experimental means.

本発明により成る多結晶のBi置換希土類鉄ガーネットの形態模式図Schematic view of polycrystalline Bi-substituted rare earth iron garnet according to the present invention 図1中のAA’線に沿った磁壁エネルギーの変化を示す模式図Schematic diagram showing changes in domain wall energy along the line AA 'in FIG. Bi置換希土類鉄ガーネット多結晶体を適当な基板上に形成した場合の形態を 模式的に示した概略側断面図Schematic side sectional view schematically showing the form when a Bi-substituted rare earth iron garnet polycrystal is formed on a suitable substrate 結晶粒に磁気弾性効果によって誘導される磁気異方性を模式的に示した図Diagram showing magnetic anisotropy induced in crystal grains by magnetoelastic effect ファラデー回転子を用いた光アイソレータの構成概略図Schematic diagram of optical isolator using Faraday rotator 磁壁エネルギーの位置による変化を示す模式図Schematic diagram showing changes in domain wall energy depending on position AD法を用いた成膜装置の基本構成を示した概略図Schematic showing the basic configuration of the film deposition system using the AD method

符号の説明Explanation of symbols

1,2,11,12,13 多結晶Bi置換希土類鉄ガーネットを構成する結晶粒
3 結晶粒界
31 結晶粒11と12間に存在する結晶粒界、
32 結晶粒12と13の間に存在する結晶粒界
P1 図1に示した結晶粒界31が存在する箇所
P2 図1に示した結晶粒界32が存在する箇所
33 基板
34 Bi置換希土類鉄ガーネット多結晶体
35 多結晶体34を構成する結晶粒
351 磁歪定数が正の結晶粒
352 磁歪定数が負の結晶粒
36、37 磁化容易軸方向を示す矢印
38 応力の方向を示す矢印
41 ファラデー回転子
42 偏光子
43 検光子
44 永久磁石等の磁界印加手段
45 半導体レーザー等から成る光源
46 光源45から出射された光の伝播方向
51 被成膜基板
52 被成膜基板51を移動せしめるXYステージ
53 ノズル
54 成膜チャンバ
55 分級器
56 エアロゾル発生器
57 高圧ガス
58 マスフロー制御器
59 パイプライン
1, 2, 11, 12, 13 Crystal grains constituting polycrystalline Bi-substituted rare earth iron garnet 3 Grain boundary 31 Grain boundary existing between crystal grains 11 and 12,
32 Grain boundary existing between crystal grains 12 and 13
P1 Location where the crystal grain boundary 31 shown in FIG. 1 exists P2 Location where the crystal grain boundary 32 shown in FIG. 1 exists
33 Substrate 34 Bi-substituted rare earth iron garnet polycrystal 35 Crystal grains constituting the polycrystal 34 351 Crystal grains having a positive magnetostriction constant 352 Crystal grains having a negative magnetostriction constant 36, 37 Arrows indicating the easy axis of magnetization 38 Stress Directional arrow 41 Faraday rotator 42 Polarizer 43 Analyzer 44 Magnetic field applying means such as a permanent magnet 45 Light source composed of a semiconductor laser or the like 46 Propagation direction of light emitted from the light source 45 51 Deposition substrate 52 Deposition substrate XY stage for moving 51 53 Nozzle 54 Deposition chamber 55 Classifier 56 Aerosol generator 57 High pressure gas 58 Mass flow controller 59 Pipeline

Claims (4)

磁気光学効果を有するBi置換希土類鉄ガーネットの多結晶体から構成されるファラデー回転子であって、該多結晶体が、磁気異方性エネルギーが異なる複数のBi置換希土類鉄ガーネットの結晶粒から構成されていることを特徴とするファラデー回転子。   A Faraday rotator composed of a polycrystalline body of Bi-substituted rare earth iron garnet having a magneto-optical effect, wherein the polycrystalline body is composed of a plurality of grains of Bi-substituted rare earth iron garnet having different magnetic anisotropy energies Faraday rotator characterized by being. 該Bi置換希土類鉄ガーネットの結晶粒の磁気異方性エネルギーを異ならしめる手段が、該Bi置換希土類鉄ガーネットの磁気弾性効果を利用する手段であることを特徴とする請求項1記載のファラデー回転子。   2. The Faraday rotator according to claim 1, wherein the means for differentiating the magnetic anisotropy energy of the crystal grains of the Bi-substituted rare earth iron garnet is a means utilizing the magnetoelastic effect of the Bi-substituted rare earth iron garnet. . 該Bi置換希土類鉄ガーネットの結晶粒は、その化学組成が(BixR3-x)(Fe5-yMy)O12(ただし、RはLa, Ce, Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Ho, Y, Yb, Lu の内少なくとも1種、MはGa, Alの少なくとも1種であり、x、yは、各々、0<x≦1.6, 0≦y≦1.0である。)の範囲内にあり、かつ該多結晶体が該化学組成の範囲内で異なる組成を有する複数の結晶粒から構成されていることを特徴とする請求項1記載のファラデー回転子。   The crystal grains of the Bi-substituted rare earth iron garnet have a chemical composition of (BixR3-x) (Fe5-yMy) O12 (where R is La, Ce, Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Ho, Y, Yb , Lu, M is at least one of Ga and Al, and x and y are in the range of 0 <x ≦ 1.6 and 0 ≦ y ≦ 1.0, respectively, and The Faraday rotator according to claim 1, wherein the polycrystal is composed of a plurality of crystal grains having different compositions within the range of the chemical composition. 請求項1乃至4記載のファラデー回転子の製造方法であって、該ファラデー効果を有する単一組成の、若しくは組成の異なる複数のBi置換希土類鉄ガーネットから成る原料微粒子を搬送ガスと混合してエアロゾル化し、減圧チャンバ内で該搬送ガスと共に、該原料微粒子をノズルを通して加速して基体表面に向けて噴射せしめることにより、Bi置換希土類鉄ガーネットから成る多結晶成膜体を形成するエアロゾルデポジション工程を含むことを特徴とするファラデー回転子の製造方法。   5. A method for producing a Faraday rotator according to claim 1, wherein raw material fine particles comprising a plurality of Bi-substituted rare earth iron garnets having a single composition or different compositions having the Faraday effect are mixed with a carrier gas to form an aerosol. And an aerosol deposition step of forming a polycrystalline film body made of Bi-substituted rare earth iron garnet by accelerating the raw material fine particles together with the carrier gas in a reduced pressure chamber through a nozzle and injecting them toward the substrate surface. A method for producing a Faraday rotator, comprising:
JP2006256420A 2006-09-21 2006-09-21 Faraday rotator and its manufacturing method Pending JP2008076772A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006256420A JP2008076772A (en) 2006-09-21 2006-09-21 Faraday rotator and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006256420A JP2008076772A (en) 2006-09-21 2006-09-21 Faraday rotator and its manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008076772A true JP2008076772A (en) 2008-04-03

Family

ID=39348887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006256420A Pending JP2008076772A (en) 2006-09-21 2006-09-21 Faraday rotator and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008076772A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nowick Rare earth permanent magnets
Hindmarch et al. Origin of in-plane uniaxial magnetic anisotropy in CoFeB amorphous ferromagnetic thin films
Yanagihara et al. Perpendicular magnetic anisotropy in CoFe2O4 (001) films epitaxially grown on MgO (001)
Yu et al. Development of FeCo-based thin films for gigahertz applications
Arsad et al. The effect of Ce doping on the structure, surface morphology and magnetic properties of Dy doped-yttrium iron garnet films prepared by a sol–gel method
JP3198053B2 (en) Products made of magneto-optical material with low magnetic moment
Urzhumtsev et al. A modified kondorsky model for describing the magnetization reversal processes in Nd–Fe–B permanent magnets
US6733587B2 (en) Process for fabricating an article comprising a magneto-optic garnet material
Schatz et al. Magnetic properties of giant magnetostrictive TbDyFe films
Tong et al. Investigations on low energy product of MnAl magnets through recoil curves
Kronmüller Recent developments in high-tech magnetic materials
Uhm et al. Magnetic properties of R-YIG (R= La, Nd, and Gd) derived by a sol-gel method
Aldbea et al. An overview about the garnet thin films (terbium yttrium iron garnet and aluminum terbium yttrium iron garnet) structural and magnetic properties
JP2008076772A (en) Faraday rotator and its manufacturing method
Nayak et al. Tuning of magnetic properties by alternating the order of hard/soft bilayers with various thicknesses
Oesterreicher The mechanism of magnetization in materials Sm0. 167Co0. 833-xAlx
Yoon et al. Magnetization behavior of scandium-substituted barium hexaferrite films having uniaxial axis in the film plane
Pashkevich et al. Formation of cobalt/garnet heterostructures and their magnetic properties
Lee et al. Reduction of ferromagnetic exchange with lattice dilation in EuO
Imamura et al. Amorphous Gd-Fe alloy films prepared by RF cosputtering technique
Esseling et al. Structural and magnetic properties of oxide films CoFeHfO: A possible candidate for all-oxide TMR junctions?
Mushnikov et al. Magnetic anisotropy of pure and doped YbInCu4 compounds at ambient and high pressures
JP2007328296A (en) Faraday rotator and optical isolator
Serizawa et al. Magnetostriction Behaviors of Fe100–xCox Alloy Epitaxial Thin Films under Rotating Magnetic Field
Jaren et al. Pulsed laser deposition epitaxial growth and magnetic properties of TbCo2 and TbFe2 ultra-thin films