La、Co掺杂调控Sr-M六角铁氧体磁性能及高频铁磁共振线宽

本研究基于磁场成型技术制备了高矫顽力、高剩磁比的Sr-M六角铁氧体;研究了La、Co掺杂对Sr-M六角铁氧体饱和磁化强度、剩磁比、矫顽力等的影响;采用共面波导系统通过扫频方式测试不同La、Co掺杂Sr-M六角铁氧体的高频铁磁共振线宽,研究了样品的共振频率、各向异性场和铁磁共振线宽。研究表明,样品具有明显的各向异性且大于19 KOe,2 T下易磁化轴剩磁比都在0.88以上,饱和磁化强度和矫顽力随掺杂量的增加而增大;铁磁共振测试显示样品的共振频率、各向异性场随La、Co掺杂量的增加先升高后减小;样品的共振频率在62~66 GHz之间,当测试频率大于60 GHz,扫频的数据才会出现明显的铁磁共振线宽吸收峰,且高频铁磁共振线宽在1000 Oe以上。

石榴石的铁磁共振线宽△H、有效线宽△H_(eff)及自旋波线宽△H_k

Dy:YGdIG(DyxY3-b-z-xGdzCabGebInaFe5-a-bO12)的△H,△Heff,△Hk与Dy取代量呈线性增加关系。随饱和磁化强度Ms的增加Dy:YGdIG的优值系数Fhp(≈(2ω/ωm)(δ△Hk/δ△Heff))和δ△Heff/δ△Hk值均呈线性下降。CaGe:YGdIGs(Y2-xGd1.0CaxGexInaFe5-a-xO12)的△H,△Heff,△Hk随Ge含量的增加而线性增大,可分别用Ms的下降进行解释。由CaGe:YGdIGs和YBiCaVIGs的△H,△Heff与Ms的关系得出△Heff∝Ms-0.8(YBiCaVIG),Ms-1.4(YGdCaGeIG)的实验规律,与非共振△Heff的晶粒表层自旋波共振激发模型较为一致。由Gd:YIG(GdxY3-xFe5O12),Gd:YCaGeInIG(GdxY3-x-aCaaGeaInbFe5-a-bO12)实验,发现少量CaGeIn的取代可使YGdIG的△H明显降低而不影响△Hk。由不同晶粒尺寸样品的hc(H)蝶形曲线,发现了阶梯状蝶形曲线,讨论了晶粒尺寸对△Hk、hc(H)蝶形曲线的影响,以及拐点磁场与理论Hmin之间的差距。

小球表面粗糙度和温度对石榴石多晶铁氧体铁磁共振线宽的影响

用普通陶瓷工艺制备小线宽石榴石多晶铁氧体材料,用压缩空气吹磨法和研磨膏研磨法对石榴石小球表面进行了抛光,按GB9633(等同采用IEC60556)标准)在9.37GHz下测量了小线宽石榴石铁氧体材料的铁磁共振线宽ΔH。讨论了ΔH与抛光粉粒度的关系,比较了压缩空气法与研磨法的抛光效果。在7?30℃环境温度区间,测量了小线宽材料的ΔH随温度的变化。

富钙CaGe:YlG薄膜铁磁共振线宽随外场角度的变化

在98K至室温温度下测量了富钙CaGe:YIG薄膜生成态和还原样品的铁磁共振线宽随外磁场在〔112〕平面内与〔111〕方向成θ角的变化。线宽与样品面积无关的结果及温度越低线宽随θ角的变化越强烈而电阻率越高的实验结果表明:这里涡流机制不生效。还原时间方面的实验结果和单面膜与双面膜的比较都说明线宽随θ角的变化主要是由于沿膜厚方向存在有Ca 含量梯度而引起的。由它和Fe^(4+)弛豫离子的模型圆满地解释了线宽与θ角关系随温度的变化.

低铁磁共振线宽BaFe_(12)O_(19)六角铁氧体的制备及其性能

本研究通过磁场成型技术制备高取向度、高剩磁比的BaFe_(12)O_(19)六角铁氧体;研究助烧剂对BaFe_(12)O_(19)六角铁氧体剩磁比、矫顽力、气孔率及铁磁共振线宽的影响;通过铁磁共振线宽测试,分析各向异性致宽、气孔致宽对铁磁共振线宽的贡献。测试结果表明,样品的最优剩磁比为0.87,铁磁共振线宽为220Oe。分析结果表明,铁磁共振线宽主要来源于气孔致宽,且磁场成型技术和助烧剂都有利于降低材料的铁磁共振线宽。

退火工艺对YIG多晶薄膜铁磁共振线宽的影响

主要研究了退火工艺对钇铁石榴石(YIG)薄膜铁磁共振线宽的影响。实验中微米级的YIG薄膜通过磁控溅射法在Gd_3Ga_5O_(12)(GGG)(111)衬底上制备,并通过750~950℃常压常规退火及750~850℃真空快速退火两种方式对薄膜进行退火晶化处理。最终系统地研究了薄膜的微观晶体结构、磁性能和铁磁共振线宽性能。研究发现,经过800℃,10 min的真空快速热处理的YIG薄膜磁性能优异,其铁磁共振线宽为2 626.1 A/m@9.3GHz,阻尼系数α=2.077×10^(-3),薄膜表面粗糙度为1.9nm。

磁性薄膜中铁磁共振线宽对应力各向异性的依赖

采用铁磁共振方法,研究了应力各向异性场对磁性薄膜铁磁共振性质的影响。结果发现:应力各向异性场的强度和方向会改变系统的难易磁化程度,并且在弱(强)磁场区域系统频率线宽会向低(高)值移动。随着应力各向异性场强度的增强,系统的频率线宽随外加磁场的变化曲线出现跃变点,即在此处磁化方向由反平行转向平行,且临界场将随着应力各向异性场强度的增强向强磁场区域移动。

基于微扰理论的毫米波铁磁共振线宽测试

应用电磁场微扰理论,参照IEE556标准建立铁磁共振线宽测量系统,用传输式谐振腔法设计新的波谐振腔体,可在33GHz下测试旋磁材料的铁磁共振线宽,并分析了测试误差,解决了目前毫米波六角材料的线宽测试问题。

频率对微波铁氧体材料铁磁共振线宽的影响

在不同测试频率下采用不同测试方法测试了微波铁氧体材料的铁磁共振(FMR)线宽。结果发现,同一测试方法不同频率下样品的铁磁共振线宽随着测试频率的增高而增大;石榴石微波铁氧体材料无论采用谐振腔还是共面波导、无论多晶还是薄膜,线宽数据的Ka波段都是X波段的2倍左右;尖晶石Ni系铁氧体谐振腔Ka波段和X波段的线宽数据比是3.2~1.3,可见线宽比会根据材料结构类型和成分的不同而异。

短路微带线法测量微波铁氧体铁磁共振线宽ΔH_ω

基于传输线理论提出了宽频带测量微波铁氧体铁磁共振线宽的短路微带线法。通过有效参数模型,分析放入样品前后短路微带线单端口网络反射系数S11的变化,进而得到铁磁共振线宽ΔH_ω=Δω/γ,其中Δω为磁导率虚部共振峰的半高宽。设计和制作了短路微带线夹具,并利用所设计的微带夹具测量了钇铁石榴石(YIG)材料的ΔH_ω。最后分析了退磁因子对共振频率的影响,并讨论了样品表面缺陷对ΔH_ω的影响。该方法不仅测量准确度高,操作简单,更解决了低频测量铁磁共振线宽的难点。

基于电磁仿真的铁磁共振线宽测试研究

基于微波铁氧体的铁磁共振线宽对其材料结构敏感的原理,研究样品尺寸对铁磁共振线宽测量结果的影响,并针对满足微扰理论的尺度难以探究的问题,提出一种根据谐振曲线判断样品是否满足微扰理论的方法。通过电磁仿真软件,在10 GHz频率下,对不同尺寸的样品进行铁磁共振线宽仿真测试。结果表明,随着样品直径增加,铁磁共振线宽测量结果减小,样品尺寸的理想范围在直径1.0~1.4 mm。对比样品在铁磁共振状态时的谐振曲线发现,曲线波峰随样品直径增大而下降,当样品直径增加到1.74 mm时,谐振曲线开始塌陷,说明此时的样品已经不满足微扰理论。该研究对微波铁氧体共振线宽检测样品尺寸的选取具有一定的参考价值。

掺杂Co改善镍铁氧体的铁磁共振线宽

结合实际工作 ,具体研究了改善某微波器件用旋磁镍铁氧体材料的铁磁共振线宽的有效方法。以少量 Co代替 Ni使镍铁氧体材料的磁晶各向异性常数近似趋于 0 ,以此来降低镍铁氧体的铁磁共振线宽 。

基于带状线腔法测试铁磁共振线宽的设计与仿真

基于谐振腔微扰理论及铁磁共振线宽定义,给出了一种两端开路的可调带状线腔测试圆片型微波铁氧体材料铁磁共振线宽的方法,并用HFSS仿真软件验证该方法的可行性。根据带状线腔的基本理论和测试频率的要求,通过计算和仿真确定腔体的尺寸和耦合方式,并根据测试原理确定样品的加载方式。仿真验证过程中,通过找到铁磁共振点,以及偏离共振磁场处?H/2的谐振点S21的值判断仿真误差,从而验证装置的可行性。仿真结果表明该方法可用于在1 GHz频率下实验室通过压片制得的圆片型微波铁氧体材料的线宽测试,进而实现材料的简化加工。

微波铁氧体铁磁共振有效线宽扫频测量可调谐振腔设计

讨论了一种用于微波铁氧体铁磁共振有效线宽扫频测量的可调谐振腔,即TE011模式的圆柱谐振腔,通过手动或电动方式改变腔体大小,可实现谐振频率连续调节。介绍了其详细设计方法,给出了腔体直径和长度的计算方法。提出了多个腔体分段覆盖的方法,解决了单腔体结构导致的调谐精度差和Q值较低的问题。制作了样品进行验证,该样品采用两个谐振腔覆盖8~12GHz的调谐范围,第一个腔体直径52mm,调谐长度40~21.5mm,调谐频率范围为7.9~9.9GHz,第二个腔体直径42mm,调谐长度为33.4~17.8mm,调谐频率范围为9.8GHz^12.1GHz。测试结果表明调谐频率符合理论计算结果,Q值满足设计要求。

Nb^(5+)取代对高介电常数钇铁石榴石铁氧体磁性能的影响

采用传统氧化物烧结工艺制备高介电常数(ε′)钇铁石榴石铁氧体,考察不同烧结温度时Nb^(5+)取代对材料显微结构、晶相、密度(d)、气孔率(p)、晶格常数(a)、饱和磁化强度(4πM^(s))、铁磁共振线宽(ΔH)和介电常数等磁性能的影响。结果表明,Nb^(5+)取代使材料的晶粒尺寸略微增大;Nb^(5+)取代对材料的晶相无明显影响,均为石榴石纯相;1020℃烧结时,随着Nb^(5+)取代量x由0增大到0.075,4πM^(s)从1882 G减小到1741 G,ΔH从149.3 Oe增大到180.2 Oe,烧结体密度从5.83 g/cm^(3)减小到5.72 g/cm^(3),烧结体平均晶粒尺寸(D)从2.29μm增加到2.38μm,气孔率(p)从1.7%增大到3.0%,ε′无明显变化。

Zr^(4+)-V^(5+)联合取代对高介电常数石榴石铁氧体性能的影响

采用传统氧化物陶瓷工艺制备高介电常数、中等饱和磁化强度(4πM_(s))钇铁石榴石铁氧体Bi_(1.2)Y_(1.8-3x)Ca_(3x)Zr_(x)V_(x)Fe_(5-2x)O_(12)(x=0.410~0.455),研究不同烧结温度下Zr^(4+)-V^(5+)联合取代量对材料微观形貌、介电常数(ε′)和磁性能的影响。结果表明,965~985℃烧结样品均为纯石榴石相,随着取代量x的增加,965℃和975℃烧结样品的气孔率(P)先下降后上升,x=0.455时,气孔率最低;985℃烧结时,样品气孔率随x增大呈上升趋势;非磁性的Zr^(4+)-V^(5+)离子进入a、d亚晶格,使得4πM_(s)和磁晶各向异性常数(K_(1))逐渐下降,且Zr^(4+)-V^(5+)取代能促进晶粒生长,显著降低铁磁共振线宽(ΔH),但会引起介电常数下降。

顶部籽晶法生长大尺寸、高品质钇铁石榴石晶体

钇铁石榴石(Y_(3)Fe_(5)O_(12),YIG)晶体具有优异的磁学和磁光性质,在微波和磁光器件中有着广泛的应用。目前商用的磁光材料是采用液相外延技术在Gd_(3)Ga_(5)O_(12)(GGG)衬底上沉积的YIG单晶薄膜。本研究以无铅B_(2)O_(3)-BaF_(2)为复合助熔剂,采用顶部籽晶法技术(TSSG)生长YIG单晶材料,YIG晶体尺寸和重量分别可达43 mm×46 mm×11 mm和60 g。该晶体具有较窄的铁磁共振线宽(0.679 Oe)、高透明度(75%)和法拉第旋转角(200(°)·cm^(-1)@1310 nm,160(°)·cm^(-1)@1550 nm)等优异的综合性能,是微波和磁光器件的良好候选材料。更为重要的是,这种生长技术非常适合大尺寸YIG单晶或稀土掺杂YIG单晶,结合定向籽晶生长和提升工艺,可以显著降低生产成本。

离子取代对高介YIG铁氧体材料的性能影响

基于固相反应烧结法制备了Bi_(x)Y_(3-x-y)Ca_(y)M_(y)Fe_(5-y)O_(12)(x=1.0~1.6,y=0.1~0.5,M为4价离子Zr^(4+)、Sn^(4+))旋磁铁氧体材料。首先分析了不同Bi^(3+)离子取代量对材料介电性能和微波旋磁性能的影响,由此确定最佳的Bi^(3+)离子取代量。然后在其基础上,研究了不同Ca^(2+)/Zr^(4+)和Ca^(2+)/Sn^(4+)离子共取代对材料综合性能的影响。研究表明,当Bi^(3+)离子取代量x为1.4时,能最好地兼顾YIG铁氧体材料高介电常数和低铁磁共振线宽的综合要求。进一步对Ca^(2+)/Zr^(4+)和Ca^(2+)/Sn^(4+)离子共取代的研究发现,采取Ca^(2+)/Zr^(4+)共取代的方案(最佳取代量y为0.4),更有助于获得高的介电常数,其最佳性能为:Ms=145 kA/m,ε=29.4,ΔH=2.7 kA/m;而采用Ca^(2+)/Sn^(4+)共取代的方案(最佳取代量y为0.3),则可以在进一步降低铁磁共振线宽上取得突破,其最佳性能为:Ms=147 kA/m,ε=28.5,ΔH=2.2 kA/m。

Gd^(3+)取代及十二面体空位对石榴石铁氧体高功率低损耗特性的影响

采用传统陶瓷工艺制备足量和缺量Gd^(3+)取代的钇铁石榴石铁氧体,研究通过缺量Gd^(3+)取代在十二面体位(24c)引入空位对材料显微结构、饱和磁化强度、铁磁共振线宽、自旋波线宽、居里温度、电阻率等性能的影响。研究表明,24c空位可促进了烧结阶段的致密化过程和晶粒生长。通过适量引入24c空位,铁磁共振线宽从154 Oe减小到64 Oe,自旋波线宽从9.7 Oe提高到24.4 Oe。空位的存在还增强了16a位与24d位Fe^(3+)之间的超交换作用,提高了材料的居里温度。另外,空位对铁氧体材料电阻率影响不大,使其具备优异的介电性能。

Dy^(3+)及Ca^(2+)-Ge^(4+)联合取代对石榴石铁氧体高功率低损耗特性的影响

采用传统陶瓷工艺制备Dy^(3+)和Ca^(2+)-Ge^(4+)取代的钇铁石榴石铁氧体,考察Dy^(3+)和Ca^(2+)-Ge^(4+)取代对材料显微结构、饱和磁化强度、铁磁共振线宽、自旋波线宽、电阻率等性能的影响。研究表明,Dy^(3+)取代24c位的Y^(3+),对样品显微结构、饱和磁化强度、电阻率和介电损耗无明显影响。随着Dy^(3+)取代量的增加,自旋波线宽从8.9 Oe提高到28.5 Oe。为了降低材料的损耗,采用适量的Ca^(2+)-Ge^(4+)取代24c位的Y^(3+)和24d位的Fe^(3+),铁磁共振线宽从162 Oe减小到102 Oe,自旋波线宽从15.3 Oe增大到22.5 Oe。此外,Ca^(2+)-Ge^(4+)取代对石榴石铁氧体的介电损耗影响不大,使其保持良好的介电性能。