JPH039080B2 - - Google Patents
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Description
本発明は非磁性(110)ガリウムガーネツト基
板上に育成された膜面に垂直な方向が磁化容易軸
であるオルソロンビツク異方性を有する磁性ガー
ネツト液相エピタキシヤル膜に関する。
ベル・システムテクニカル・ジヤーナル(Bell
System Technical Journal)第58巻第6号第2
部1453ページ(1979年)にボーベツクらによつて
発表された二重導体パターン(デユアル・コンダ
クタ・パターン)を用いたバブル磁区素子は、従
来のバブル磁区素子と異なり、()回転磁場発
生用のコイルが不要である、()バブル磁区の
高周波駆動が可能である、()バブル磁区の径
を微小化できるので素子の記憶密度を向上でき
る、などの特徴を有している。
この素子を実現するためには、膜面に垂直な方
向が磁化容易軸であると同時に、膜面内にも磁気
異方性を有するオルソロンピツク異方性を持つ材
料の採用が提案されている。オルソロンビツク異
方性を有する材料においては、膜面内の異方性磁
界が十分に大きければ、磁壁にこの面内異方性磁
界が働き、磁壁の移動速度の飽和値を通常の材料
におけるそれと比べ著しく大きくできる。また、
オルソロンビツク材料ではハードバブルが生ぜ
ず、磁壁のS状態を低く保てるという特徴を有し
ている。したがつて、導体パターンではなく通常
パーマロイパターンを用いた素子においても
()ハード・バブル制御の工程を省略できる、
()バブルの高周波駆動が可能である、などの
有利な点を有している。
また、磁気記録媒体の情報を磁気転写・光読み
出しによつて再生される素子として磁性ガーネツ
ト膜を用いる場合、電子通信学会技術研究報告
MR−80−6(1980年)第15ページに述べられて
いるように、従来の材料を用いる限りその磁壁移
動速度に限界があることによつて磁気記録媒体の
移動速度にガーネツトの磁壁移動速度が追随でき
ない。このような素子にオルソロンビツク異方性
材料が用いられれば磁壁の最高移動速度は通常の
材料の25〜30m/secよりも格段に大きくなり磁
気転写・光読み出し技術における動特性を格段に
改善できる。
また、レーザー光偏向素子においもオルソロン
ビツク材料を用いれば駆動周波数を改善できる。
オルソロンビツク異方性を有する材料は、通常
のバブル材料である(111)ガーネツト膜からは
得られない。(110)ガーネツト液相エピタキシヤ
ル膜においては、オルソロンピツク異方性が生ず
る。ウオルフエらによつてアブライド・フィジツ
クス・レターズ第29巻第12号815ページ(1976年)
の論文に示されている如く(110)ガーネツト膜
がオルソロンビツク異方性を有し、しかも膜面と
垂直な方向に磁化容易軸を有するためには二つの
異方性エネルギー定数が次の第1式、第2式およ
び第3式に示すいずれの関係をも満足する必要が
ある。
Ku>0 (1)、
Ku+△>0 (2)、
△≠0 (3)
しかしながら、多くのガーネツトにおいては、
Ku<0あるいはKu+△<0であり、(110)面を
もつ非磁性ガーネツト基板上に成長させたときに
膜面に垂直な〔110〕方向が磁化容易軸とはなら
ない。したがつて、第1式および第2式を同時に
満たすようなオルソロンビツク異方性を有する
(110)ガーネツト膜を提供できるようなガーネツ
ト膜組成及びその製造条件を見出すことが二重導
体パターンバブル素子や周波数帯域の広い磁気転
写・光読み出し素子又は高い周波数域で駆動可能
なレーザー光偏光素子を実用化する上で何よりも
大切である。
さらに、アイ・イー・イー・イー・トランザク
シヨンズ・オン・マグネテイクス(IEEETrans
Mag)第MAG13巻、第1087ページ(1977年)に
ブリードらが発表した論文および第25回応用物理
学関係連合講演会講演予稿集講演番号30a−F−
5(1978年)第558ページに牧野および桧高が発表
した論文に知られているように、一般に(110)
ガーネツト膜では抗磁力(He)が大きく、バブ
ル素子として用いるときの安定性を保証しえない
ことがある。
本発明の目的は、二重導体パターンバブル素
子、周波数帯域の広い磁気転写・光読み出し素子
および高い周波数で駆動可能なレーザー光偏向素
子に不可欠である、膜面に垂直な磁化容易軸を有
し、かつ抗磁力が低い(110)ガーネツト膜を提
供することである。
本発明は、PbOおよびBi2O3を主成分とするフ
ラツクスから(110)非磁性ガーネツト基板上に
育成したR3-x-yR′xBiyFe5-zGazO12(但し、0≦x
≦2.0、0.05≦y≦0.7、0.5≦z≦1.45、RはHo、
Er、Ybよりなる群より選ばれる1元素もしくは
複数元素の組合せ、R′はTm、Luよりなる群より
選ばれる1元素もしくは2元素の組合せであらわ
される組成のガーネツト液相エピタキシヤル膜
が、希土類イオンおよびBiイオンのペアー・オ
ーダリングによる成長誘導異性と、膜と基板との
格子定数差による歪み誘導異方性とによつて、膜
面と垂直方向に磁化容易軸を有するオルソロンビ
ツク異方性を有することを見出し、本発明をなす
に至つた。
以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。
実施例 1
第1表に示す融液1を用い826℃において
(110)Dy3Ga5O12基板上にEr2.5Bi0.5Fe3.95Ga1.05
O12ガーネツト液相エピタキシヤル膜を育成した
ところ、膜厚が1.8μmであり、膜面と垂直な
〔110〕軸を磁化容易軸とするオルソロンビツク異
方性バブル材料となつた。本LPE膜における磁
気特性は第2表に示すものであり、磁化容易軸
〔110〕と磁化中間軸〔001〕との間の異方性エネ
ルギーKuおよび磁化中間軸と磁化困難軸との間
の異方性エネルギー△を強磁性共鳴装置を用いて
測定したところ、それぞれKu=7300erg/cm3およ
びΔ=15000erg/cm3と求まつた。
この材料におけるバブル径は1.6μmであり、ハ
ード・バブルは存在しなかつた。材料の抗磁力は
充分に小さく、最小駆動磁場△H=1.8oeでバブ
ルを動かすことができた。バブルの飽和移動速度
は138m/sec、磁壁移動度は4.3m/sec−Oeであ
つた。この材料を用いて二重導体パターン素子を
作つたところ、バブルを6MHzの周波数で駆動す
ることが可能であつた。
パーマロイパターンを用いた従来型の素子に本
材料を用いた場合にも、ハードバブルの抑制の工
程が省略できたために素子の歩留りが向上した。
のみならず、従来型のバブル素子において最大の
磁壁移動素度を要求されるストレツチヤー部での
ストライブ磁区転送時の転送速度のブレーク・ダ
ウンは生じなかつた。
この材料をレーザー光偏向素子として用いたと
ころ高速駆動が可能なばかりでなく、Ri3+を置換
させたことによりフアラデー回転角が大きく(−
4000deg/cm)信号のS/N比が向上した。
この材料を40m/secの速度で移動する磁気記
録媒体中の情報を磁気転写しレーザー光によつて
読み出す素子に用いたところ、本材料の飽和磁壁
移動速度が138m/secであるため磁気記録情報の
移動速度に充分追随可能であり、記録再生周波数
を7MHzまで拡張させることができた。さらに本
材料はBi3+を置換させてあることから、フアラデ
ー回転角を大きくとることができ信号のS/N比
を45dB以上に高めることができた。
なお、ガーネツト組成式中のGaの一部をAlで
置換した場合にも同様の結果が得られた。
実施例 2
第1表に示す融液4を用いて、865℃において
(110)Gd3Ga5O12基板上にEr0.83Tm1.51Lu0.42
Bi0.24Fe3.67Ga1.33O12ガーネツト液相エピタキシ
ヤル膜を育成したところ、第2表に示すような特
性が得られた。
実施例 3
第1表に示す融液5を用いて、830℃において
(110)Dy3Ga5O12基板上にEr0.89Lu1.66Bi0.45Fe3.70
Ga1.30O12ガーネツト液相エピタキシヤル膜を育
成したところ、第2表に示すような特性が得られ
た。
実施例 4
第1表に示す融液4を用いて、860℃において
(110)Gd3Ga5O12基板上にYb0.92Er0.84Tm1.00
Bi0.24Fe3.55Ga1.45O12ガーネツト液相エピタキシ
ヤル膜を育成したところ、第2表に示すような特
性が得られた。
実施例 5
第1表に示す融液5を用いて、857℃において
(110)Gd3Ga5O12基板上にYb2.5Bi0.5Fe3.95Ga1.05
O12ガーネツト液相エピタキシヤル膜を育成した
ところ、第2表に示すような特性が得られた。
実施例 6
第1表に示す融液6を用いて、830℃において
(110)Dy3Ga5O12基板上にYb1.19Lu1.35Bi0.46
Fe3.70Ga1.30O12ガーネツト液相エピタキシヤル膜
を育成したところ、第2表に示すような特性が得
られた。
実施例 7
第1表に示す融液7を用いて、770℃において
(110)Gd3Ga5O12基板上にHo0.1Yb0.2Lu2.0Bi0.7
Fe4.5Ga0.5O12ガーネツト液相エピタキシヤル膜を
育成したところ第2表に示すような特性が得られ
た。
実施例 8
第1表に示す融液8を用いて、948℃において、
(110)Dy3Ga5O12基板上にHo2.89Yb0.66Bi0.05
Fe3.55Ga1.45O12ガーネツト液相エピタキシヤル膜
を育成したところ、第2表に示すように膜面と垂
直な〔110〕方向が磁化容易軸となつた。この場
合の磁化中間軸は[110]にあつた。したがつ
て△<0であつた。
The present invention relates to a magnetic garnet liquid phase epitaxial film grown on a non-magnetic (110) gallium garnet substrate and having orthorombic anisotropy in which the axis of easy magnetization is perpendicular to the film surface. Bell System Technical Journal
System Technical Journal) Volume 58 No. 6 No. 2
The bubble magnetic domain element using a dual conductor pattern (dual conductor pattern) announced by Bobetsk et al. on page 1453 (1979) is different from the conventional bubble magnetic domain element. It has the following characteristics: () high frequency drive of the bubble magnetic domain is possible; () the diameter of the bubble magnetic domain can be miniaturized, so the storage density of the device can be improved. In order to realize this element, it has been proposed to use a material that has orthorone pick anisotropy, whose axis of easy magnetization is perpendicular to the film surface, and also has magnetic anisotropy within the film surface. In a material with orthorombic anisotropy, if the in-plane anisotropic magnetic field is large enough, this in-plane anisotropic magnetic field acts on the domain wall, and the saturation value of the domain wall movement speed is compared to that in a normal material. Can be made significantly larger. Also,
Orthorombic materials do not produce hard bubbles and are characterized by the fact that the S state of the domain wall can be maintained at a low level. Therefore, even in devices using normal permalloy patterns instead of conductor patterns, the hard bubble control process can be omitted.
(2) It has advantages such as high frequency driving of bubbles. In addition, when using a magnetic garnet film as an element for reproducing information from a magnetic recording medium by magnetic transfer and optical readout, the Institute of Electronics and Communication Engineers Technical Research Report
As stated on page 15 of MR-80-6 (1980), as long as conventional materials are used, there is a limit to the domain wall motion speed of the magnetic recording medium. cannot follow. If an orthorombic anisotropic material is used in such an element, the maximum movement speed of the domain wall will be much higher than the 25 to 30 m/sec of ordinary materials, and the dynamic characteristics in magnetic transfer and optical readout techniques can be significantly improved. Furthermore, if an orthorombic material is used in the laser beam deflection element, the driving frequency can be improved. Materials with orthorombic anisotropy cannot be obtained from (111) garnet films, which are common bubble materials. (110) Orthorone pick anisotropy occurs in garnet liquid phase epitaxial films. Wolfe et al., Ablide Physics Letters, Vol. 29, No. 12, page 815 (1976)
As shown in the paper of It is necessary to satisfy any of the relationships shown in Equation 2, Equation 2, and Equation 3. Ku>0 (1), Ku+△>0 (2), △≠0 (3) However, in many garnets,
Ku<0 or Ku+Δ<0, and when grown on a nonmagnetic garnet substrate with a (110) plane, the [110] direction perpendicular to the film surface does not become the axis of easy magnetization. Therefore, it is important to find a garnet film composition and manufacturing conditions that can provide a (110) garnet film having orthorombic anisotropy that simultaneously satisfies the first and second equations for double conductor pattern bubble elements and This is most important for the practical application of magnetic transfer/optical readout elements with a wide frequency band or laser beam polarization elements that can be driven in a high frequency range. Furthermore, I.E.E. Transactions on Magnetics (IEEETrans
Mag) Paper published by Breed et al. in MAG Volume 13, Page 1087 (1977) and Proceedings of the 25th Applied Physics Association Lecture Conference Lecture No. 30a-F-
5 (1978), page 558, generally (110), as known from the paper published by Makino and Hidaka.
A garnet film has a large coercive force (He), so stability may not be guaranteed when used as a bubble element. The object of the present invention is to have an easy axis of magnetization perpendicular to the film surface, which is essential for double conductor pattern bubble elements, magnetic transfer/optical readout elements with a wide frequency band, and laser beam deflection elements that can be driven at high frequencies. An object of the present invention is to provide a (110) garnet film having a low coercive force and a low coercive force. In the present invention, R 3-xy R ′ x Bi y Fe 5-z Ga z O 12 (where 0≦ x
≦2.0, 0.05≦y≦0.7, 0.5≦z≦1.45, R is Ho,
A garnet liquid phase epitaxial film having a composition where R' is one element or a combination of two elements selected from the group consisting of Er and Yb, and R' is one element or a combination of two elements selected from the group consisting of Tm and Lu, is a rare earth It has orthorombic anisotropy with an axis of easy magnetization perpendicular to the film surface due to growth-induced isomerism due to pair ordering of ions and Bi ions and strain-induced anisotropy due to the difference in lattice constant between the film and substrate. This discovery led to the present invention. The present invention will be explained in detail below using Examples. Example 1 Melt 1 shown in Table 1 was used to deposit Er 2.5 Bi 0.5 Fe 3.95 Ga 1.05 on a (110) Dy 3 Ga 5 O 12 substrate at 826°C.
When an O 12 garnet liquid phase epitaxial film was grown, the film thickness was 1.8 μm, and it became an orthorombic anisotropic bubble material whose easy magnetization axis was the [110] axis perpendicular to the film surface. The magnetic properties of this LPE film are shown in Table 2, and the anisotropic energy Ku between the easy axis of magnetization [110] and the intermediate axis of magnetization [001] and the anisotropic energy Ku between the intermediate axis of magnetization and the hard axis of magnetization are as follows. When the anisotropy energy Δ was measured using a ferromagnetic resonance device, it was determined that Ku=7300erg/cm 3 and Δ=15000erg/cm 3 , respectively. The bubble diameter in this material was 1.6 μm, and no hard bubbles were present. The coercive force of the material was sufficiently small that the bubble could be moved with a minimum driving magnetic field ΔH = 1.8oe. The saturation moving speed of the bubble was 138 m/sec, and the domain wall mobility was 4.3 m/sec-Oe. When a double conductor pattern element was made using this material, it was possible to drive a bubble at a frequency of 6MHz. Even when this material was used in conventional devices using permalloy patterns, the yield of devices was improved because the process of suppressing hard bubbles could be omitted.
In addition, there was no breakdown in the transfer speed during stripe magnetic domain transfer in the stretcher section, which requires the maximum degree of domain wall motion in conventional bubble devices. When this material is used as a laser beam deflection element, it is not only possible to drive at high speed, but also the Faraday rotation angle is large (-
4000deg/cm) The S/N ratio of the signal has been improved. When this material was used in an element that magnetically transfers information in a magnetic recording medium moving at a speed of 40 m/sec and reads it with laser light, the saturation domain wall movement speed of this material is 138 m/sec, so the magnetic recording information It was able to sufficiently follow the moving speed of the robot, and was able to extend the recording and reproducing frequency to 7MHz. Furthermore, since Bi 3+ is substituted in this material, the Faraday rotation angle can be increased and the signal S/N ratio can be increased to over 45 dB. Note that similar results were obtained when a portion of Ga in the garnet composition formula was replaced with Al. Example 2 Melt 4 shown in Table 1 was used to deposit Er 0.83 Tm 1.51 Lu 0.42 on a (110)Gd 3 Ga 5 O 12 substrate at 865°C.
When a Bi 0.24 Fe 3.67 Ga 1.33 O 12 garnet liquid phase epitaxial film was grown, the properties shown in Table 2 were obtained. Example 3 Using the melt 5 shown in Table 1, Er 0.89 Lu 1.66 Bi 0.45 Fe 3.70 was deposited on a (110) Dy 3 Ga 5 O 12 substrate at 830°C.
When a Ga 1.30 O 12 garnet liquid phase epitaxial film was grown, the properties shown in Table 2 were obtained. Example 4 Using melt 4 shown in Table 1, Yb 0.92 Er 0.84 Tm 1.00 was deposited on a (110) Gd 3 Ga 5 O 12 substrate at 860°C.
When a Bi 0.24 Fe 3.55 Ga 1.45 O 12 garnet liquid phase epitaxial film was grown, the properties shown in Table 2 were obtained. Example 5 Using melt 5 shown in Table 1, Yb 2.5 Bi 0.5 Fe 3.95 Ga 1.05 was deposited on a (110) Gd 3 Ga 5 O 12 substrate at 857°C.
When an O 12 garnet liquid phase epitaxial film was grown, the properties shown in Table 2 were obtained. Example 6 Using melt 6 shown in Table 1, Yb 1.19 Lu 1.35 Bi 0.46 was deposited on a (110) Dy 3 Ga 5 O 12 substrate at 830°C.
When a Fe 3.70 Ga 1.30 O 12 garnet liquid phase epitaxial film was grown, the properties shown in Table 2 were obtained. Example 7 Using melt 7 shown in Table 1, Ho 0.1 Yb 0.2 Lu 2.0 Bi 0.7 was deposited on a (110) Gd 3 Ga 5 O 12 substrate at 770°C.
When a Fe 4.5 Ga 0.5 O 12 garnet liquid phase epitaxial film was grown, the properties shown in Table 2 were obtained. Example 8 Using melt 8 shown in Table 1, at 948°C,
(110) Ho 2.89 Yb 0.66 Bi 0.05 on Dy 3 Ga 5 O 12 substrate
When a Fe 3.55 Ga 1.45 O 12 garnet liquid phase epitaxial film was grown, the [110] direction perpendicular to the film surface was the axis of easy magnetization, as shown in Table 2. The intermediate axis of magnetization in this case was at [110]. Therefore, Δ<0.
【表】【table】
【表】
以上、本発明を用いることにより、バブル素子
材料として用いる場合にはMHz領域で駆動可能な
二重導体パタンを用いたバブル磁区素子が得ら
れ、従来型のパーマロイ素子として用いる場合に
はハード・バブルが存在しないためにその抑制の
工程を省略できる。磁気転写・光読み出し素子と
して用いる場合には、周波数幅域の広い素子が得
られる。レーザー光偏向素子として用いる場合に
は高周波駆動が可能となる。[Table] As described above, by using the present invention, a bubble magnetic domain element using a double conductor pattern that can be driven in the MHz region can be obtained when used as a bubble element material, and when used as a conventional permalloy element. Since there are no hard bubbles, the process of suppressing them can be omitted. When used as a magnetic transfer/optical readout element, an element with a wide frequency range can be obtained. When used as a laser beam deflection element, high frequency driving becomes possible.
Claims (1)
と同一結晶学的方位をもち、膜面に垂直な方向が
磁化容易軸である磁気および磁気光学素子用単結
晶ガーネツト膜において、膜組成がR3-x-yR′xBiy
Fe5-zGazO12(但し、0≦x≦2.0、0.05≦y≦0.7、
0.5≦z≦1.45、RはHo、Er、Ybよりなる群より
選ばれる1元素、もしくは複数元素の組合せ、
R′はTm、Luよりなる群より選ばれる1元素もし
くは2元素の組合せ)で示され、膜面方位が
(110)であることを特徴とする磁気および磁気光
学素子用単結晶ガーネツト膜。1 In a single-crystal garnet film for magnetic and magneto-optical elements formed on a non-magnetic garnet substrate, having the same crystallographic orientation as this substrate, and having an axis of easy magnetization perpendicular to the film surface, the film composition is R 3- xy R′ x Bi y
Fe 5-z Ga z O 12 (However, 0≦x≦2.0, 0.05≦y≦0.7,
0.5≦z≦1.45, R is one element selected from the group consisting of Ho, Er, and Yb, or a combination of multiple elements;
A single crystal garnet film for magnetic and magneto-optical elements, characterized in that R' is one element or a combination of two elements selected from the group consisting of Tm and Lu, and the film plane orientation is (110).
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- 1981-06-12 JP JP9024481A patent/JPS57205398A/en active Granted
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPS57205398A (en) | 1982-12-16 |
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