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钡铁氧体因其良好的化学稳定性、抗腐蚀性、高各向异性和高矫顽力,近年来吸引了很多的关注,这一铁磁材料已经被广泛应用于磁性、磁光器件的制造。
首先,改变不同的Fe/Ba摩尔比例,柠檬酸与硝酸盐摩尔比R,pH值和退火温度这些初始条件来摸索溶胶凝胶法(Sol-gelmethod)前驱液的最佳配比,制备了BaFe11.5O18.25和Ba(CoZr)xFe11.5-2xO18.25系列磁性粉体。然后,结合课题需要创新引入了硝酸钴和硝酸锆,通过溶胶凝胶镀膜和脉冲激光沉积(PLD,PulsedLaserDeposition)技术制备了BaFe11.5O18.25和BaFe2.28O4.42系列磁性薄膜,以及Ba(CoZr)xFe11.5-2xO18.25系列磁光薄膜。
其次,利用差热分析法/热重分析法,x射线衍射分析,原子力显微镜分析,振动样品磁强计分析和拉曼光谱分析对钡铁氧体粉体、薄膜和掺杂的薄膜样品进行了表征,分别测量出相应的表面微观结构、磁性能和Raman光谱。
最后,将带有旋光性的薄膜直接作为磁光材料置放于起偏器与检偏器之间,采用消光法测量磁光效应。通过改变激光器波长测得了透过率曲线,偏转角和磁光优值。
实验主要结果如下:
1、对于钡铁氧体薄膜,当pH=8,R=1,Fe/Ba为2.28时,经1000℃退火后的BaFe2.28O4.42薄膜磁性能最佳。实验结果显示垂直方向的剩磁比为0.60,面内方向为0.53。垂直方向的饱和磁化强度和矫顽力分别为179emu/cm3和4764Oe,而面内方向的饱和磁化强度和矫顽力分别为198emu/cm3和3645Oe。
2、对于不同掺杂量Ba(CoZr)xFe115-2xO18.25薄膜,当x=0.2时获得最佳磁性能。水平方向矫顽力为1000Oe,Ms(1T)和Mr为54emu/cm3和25emu/cm3;垂直方向矫顽力为950Oe,Ms(1T)和Mr为56emu/cm3和27emu/cm3。
3、磁光效应波长测量范围为190~1350nm,当波长为900nm时,Sol-gel制备的磁光薄膜法拉第偏转角最大可达5x104deg/cm;而当波长为548nm时,PLD制备的磁光薄膜法拉第偏转角最大可达3x104deg/cm。