квазиизолированных магнитоактивных ионов внутри незаполненных оболочек разренлены линиь частично. Это приводит к тому, что металлические материалы, как правило, более оптически активны, чем ферриты. Они обладают большими значениями 0f, но прозрачность ферритов на несколько порядков выше.

Магнитооптические материалы должны обладать высоким удельным фарадеевским вращением Gf и малым коэффициентом оптического поглощения а. Желательно иметь материалы, свободные от двулучепреломления или с малым значением v<C6f. Конкретные технические применения накладывают дополнительные требования на характеристики магнитооптических материалов. Так, для создания фазовращателей и тому подобных устройств нужны материалы со сравнительно низкой намагниченностью насыщения. Иногда требуются материалы с определенным уровнем коэрцитивной о о,б oj оУ0,s i,o~l,) -я.мт силы и с малой одноосной анизо- "

Тропией и т. п. Рис. 2.59. Оптический спектр ор-

Наиболее перспективными маг- тоферрита YFeOs

нитооптическими материалами являются ферриты. Металлические магнитооптические материалы, к которым относятся MnBi-, СгОг- пленки, не нашли широкого применения, поскольку наряду с очень большим удельным фарадеевским вращением 6=30-10 они имеют высокое поглощение а= = 60-10 см-, в результате чего коэффициент добротности этих материалов г5 = 0,3 град/дБ при А,=0,6 мкм ниже, чем у ферритов. Пленки из MnBi используют для термомагнитной записи, и их свойства рассмотрены в § 2.24.

Для магнитооптических ферритов характерна высокая прозрачность при достаточном уровне удельного фарадеевского вращения. Полученные в результате направленного синтеза компонентов эти материалы обеспечивают высокие магнитооптические характеристики в определенной части оптического диапазона, соответствующей их окнам прозрачности. Для производства ферритов используют исходное сырье высокой чистоты. Весь технологический процесс построен таким образом, чтобы получить материал, свободный от примесей и включений, так как даже незначительная их доля резко ухудшает прозрачность феррита.

Монокристаллические ферриты должны обладать высокой степенью совершенства, т. е. пространственно однородной кристаллической структурой. Однако- на практике вследствие неоднородности по составу и наличию индуцированной анизотропии это требование часто нарушается, что приводит к неоднородности магнитооптических параметров. Поэтому применение монокристаллических ферритов ограничено. В СССР разработаны и выпускаются две марки монокристаллов: иттриевый гранат 240КФ и иттриевый с

добавкой галлия 180КФ. Их магнитные и магнитооптические свойства (на длине волны 1=1,15 мкм) приведены в табл. 2.40. Лучший эффект дает использование эпитаксиальных пленок, изготовленных методом жидкофазной эпитаксии из раствора.

Феррогранаты имеют окно прозрачности в диапазоне волн 1,15- 5 мкм. Наиболее перспективными материалами являются чистые железоиттриевые гранаты (ЖИГ) и висмутосодержаш.ие гранаты, в которых часть иттрия заменена на висмут.

Таблица 2.40. Магнитооптические свойства промышленных монокристаллов

(ОСТ 11707.024-82)

Примечания: I. и а при А.= ,5 мкм измерены для образцов в виде дисков диаметром 3,0-10 мм и высотой 0,5-4,0 мм. 2. - поле анизотропии, численно равное от-ношению константы анизотропии к намагниченности насыщения.

ЖИГ (УзРе5012) обладают высокой прозрачностью (а<0,1 см) в диапазоне волн Я=1-=-6 мкм при значительном коэффициенте добротности ij3=7 град/дБ. Важное преимущество этих материалов заключается в высокой изотропности магнитооптических свойств. Другое преимущество состоит в хорошей температурной стабильности. Так, при изменении температуры от 20 до 80° намагниченность ЖИГ уменьшается примерно на 10%.

Замещение иттрия смесью некоторых редкоземельных элементов позволяет значительно увеличить вр без ухудшения прозрачности. В ближней инфракрасной области при А.= 1,06 мкм наибольший Qp получен введением празеодима и неодима. Так, гранат GdPr2Gao,5Fe4,50i2 обладает добротностью 28 град/дБ, что в 4 раза превышает добротность чистого ЖИГ.

Висмутосодержащие гранаты имеют очень высокие значения Of при незначительном а, а следовательно, огромный коэффициент добротности. Например, магнитооптические свойства феррита Gdi,6Bii,4Fe50i2 характеризуются следующими параметрами: г}з= = 10 град/дБ при Я=1,15 мкм; на длине волны К=0,5 мкм 6= = 1,5-10 град/см, г])=20 град/дБ. Оптимальная толщина пленок ферритов-гранатов составляет 10-15 мкм при =0,564-0,58 мкм.

Синтезирование эпитаксиальных пленок ферритов-гранатов, включающее подбор состава исходных пленок и подложки, выбор-оптимальной обработки (отжига), обеспечивает получение материалов с высокими магнитооптическими свойствами, различающихся по намагниченности, коэрцитивной силе, анизотропии, подвижности доменной стенки и т. п.

Ферриты-гранаты являются основными магнитооптическими материалами в инфракрасной области. Для видимого света они мало пригодны. Имеются данные об использовании высококачественных пленок ферритов-гранатов в видимом свете вплоть до Я=0,35 мкм.

Ортоферриты характеризуются большим уровнем удельного фарадеевского вращения и высокой прозрачностью при Я>0,5 мкм, т. е. в видимом и ближнем инфракрасном свете. Это наиболее перспективные материалы для ближнего инфракрасного света: а= = 0,1-1 см- (в видимом свете а-10 см"). Однако при реализации устройств на этих материалах надо иметь в виду следующие особенности. Технология производства ортоферитов (см. § 2.22) не позволяет изготавливать очень тонкие пластины (меньше 1 мкм). Именно по этой причине ортоферриты применяют при Я>0,5 мкм, хотя имеются данные о том, что и при Я=0,45 мкм их оптические свойства выше свойств MnBi-пленок и характеризуются следующими параметрами: 6=10 град/см, а=3-10* см", ij)=0,6 град/дБ. Оптимальная толщина пластин ортоферритов для =0,63 мкм составляет 60-90 мкм. Вторая особенность связана с оптической анизотропностью ортоферритов, обусловленной низкой симметрией ромбической ячейки. Для исключения явления двулучепреломления пластины из ортоферритов вырезают нормально к оптической оси. При этом реализуется устойчивая полосовая доменная структура, а не ЦМД. Установлено, что в очень тонких пластинах при толщинах порядка 1 мкм двулучепреломление незначительно, и материал можно в этом случае считать изотропным. Введение в ортофер-рит ионов редкоземельных элементов значительно повышает изотропность их оптических свойств. Например, в ортоферрите Мс1о,8Рго,2реОз двулучепреломление практически отсутствует.

. Феррошпинели, содержащие ионы 00+ в тетраэдрических позициях, типа CoT3cFe2-ic04(T=Rh, Al, Сг) используют в качестве магнитооптических материалов при Я=5ч-12 мкм, где они обладают высокой прозрачностью и большим Of (до 10 град/см). Это практически единственные материалы, пригодные для создания магнитооптических устройств в этом диапазоне волн.

§ 2.24. Материалы для термомагнитной записи

Термомагнитная запись основана на использовании термомагнитных эффектов в ферро- и ферримагнитных средах со специфическими доменными структурами в виде доменов весьма малых размеров (порядка единиц микрометров).

Под направленным воздействием теплового луча (например, сфокусированного луча лазера) в магнитном материале происходит локальное изменение его свойств относительно их значений при нормальных внешних условиях - температуре То. Вид термомагнитного эффекта, а следовательно, температура и длительность нагрева зависят от строения материала и его магнитного порядка. Последующее охлаждение в слабом магнитном поле позволяет