稀土正铁氧体晶体的太赫兹光学调控研究

正交钙钛矿结构RFeO_(3)系列稀土正铁氧体材料是一类在近红外波段透明的铁磁材料,关于RFeO_(3)的超快自旋重取向及其相干控制的研究近年来成为相关领域的研究热点。由于固态材料的磁化振子和电子自旋共振能谱等基本性质的“元激发”能量均在太赫兹能量范围内,得益于太赫兹技术的发展,近年来利用太赫兹超快光学调控RFeO_(3)晶体中不同离子间的交换相互作用、磁各向异性自旋-声子耦合等也取得了一系列突破,对磁学的基础研究具有重要意义。结合笔者近几年的研究进展,总结了国内外RFeO_(3)晶体太赫兹光学调控研究情况,并对该类晶体的超快光磁研究进行了展望。

Ho1–xYxFeO3单晶自旋重取向的掺杂效应与磁控效应的太赫兹光谱

利用自研的磁场下太赫兹时域光谱(terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS),系统研究了磁场与非磁性Y3+离子掺杂对HoFeO3单晶中自旋态以及自旋重取向的影响.结果表明Y3+掺杂可以在不改变自旋重取向类型情况下,有效降低自旋重取向温区,而且还能降低Ho1–xYxFeO3单晶中低温区准铁磁模式(q-FM,quasi-ferromagnetic mode)自旋共振频率以及提升高温区的准反铁磁模式(q-AFM,quasi-antiferromagnetic mode)自旋共振频率.在沿(110)方向施加外加磁场(HDC)的情况下,一方面,发现磁场不仅能有效调控Ho1–xYxFeO3单晶中的q-FM共振频率,而且还能诱导出自旋重取向;另一方面,发现温度越接近自旋重取向温区时,磁诱导自旋重取向的发生越容易,而且磁诱导效应的临界磁场强度随Y3+离子掺杂浓度而增加.研究表明,THz光谱数据可以用于检测HoFeO3中Y3+离子的掺杂浓度,而且Y3+掺杂可以使HoFeO3晶体中的自旋态更加稳定,不容易受外界磁场的影响.这一自旋重取向的掺杂效应、磁控效应的研究将有助于理解稀土正铁氧体中的自旋交换作用及其外场调控机制.