Проекты

Исследование магнитооптических свойств феррит-гранатов с различными примесями

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная физика» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1501
Предметы: Физика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Феррит-гранат — это прозрачный магнитный материал, при этом являющийся диэлектриком. Благодаря своим свойствам широко применяется в радиотехнике и электронике. Также в последнее время учёные стремятся к созданию оптического компьютера для увеличения скорости вычислений, а для передачи и обработки информации с помощью света необходимо уметь эффективно им управлять. Одним из способов управления светом является использование магнитооптических эффектов. В свою очередь, феррит-гранат является очень перспективным материалом для этих применений. Таким образом, наша работа связана с фундаментальными исследованиями этих необычных материалов.

Цель

Экспериментально исследовать магнитные и магнитооптические свойства феррит-гранатов.

Задачи

  1. Исследовать магнитную структуру с помощью поляризационного микроскопа.
  2. Измерить различные угловые спектры отражения и пропускания феррит-гранатов.
  3. Измерить угловые зависимости магнитооптического эффекта Фарадея в феррит-гранатах.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Образец 1: (LuYBi)3(FeGa)5O12 [25 мкм]
  • Образец 2: (YBi)3(FeAlSc)5O12[4 мкм]
  • Образец 3: Bi2.1Dy0.9Fe3.9Ga1.1O12[0.3 мкм].

Описание

  1. В ходе исследования были изучены магнитные (доменные) структуры феррит-гранатов с помощью поляризационного микроскопа. Была измерена ширина доменов. Также изучалась зависимость ширины этих стенок от примеси, содержащейся в образце, но в результате выяснилось, что ширина доменных стенок зависит от плёнки феррит-граната – чем толще плёнка, тем шире домены. Были получены следующие размеры доменов:
    1. Образец 1–10 мкм
    2. Образец 2–3 мкм
    3. Образец 3 – менее 0,1 мкм.

Для того чтобы сравнить домены в одном типе граната разной толщины, также был исследован образец с составом, аналогичным Образцу 3, но толщиной 1 мкм, размеры его доменов составили около 0,5 мкм, что говорит о зависимости величины доменов от толщины плёнки граната.

  1. Были измерены угловые спектры отражения (R) и пропускания (T) феррит-гранатов при облучении их светом длиной волны 780 нм. Для всех образцов при увеличении угла падения наблюдалось небольшое увеличение коэффициента отражения и уменьшение коэффициента пропускания. При нормальном падении получены следующие коэффициенты поглощения: T(обр.1) = 60%, T(обр.2) = 83%, %, T(обр.3) =94%. В силу конструкции установки коэффициенты отражения были измерены для углов падения от 30 до 60 градусов. При угле падения 30 градусов получены следующие коэффициенты отражения: R(обр.1) =23%, R(обр.2) =14%, %, R(обр.3) = 5%

  1. Также были измерены угловые зависимости эффекта Фарадея. Во всех образцах максимум наблюдался при нормальном падении света, а при увеличении угла падения величина эффекта немного уменьшалась. Максимальные значения эффекта Фарадея (угла поворота поляризации света θ) θ(обр.1) =5⁰, θ(обр.2) =1,8⁰, θ(обр.3) =0,5⁰. Т.к. эффект Фарадея пропорционален толщине образца, то более корректно сравнивать величину удельного эффекта Фарадея δ (отношения θ к толщине образца в мкм): δ(обр.1) =0,2⁰, δ(обр.2) =0,43⁰, δ(обр.3) =1,7⁰. Соответственно видно, что наибольшей магнитооптической активностью обладает образец 3.

Результаты работы/выводы

Эти кристаллы обладают интересными свойствами (получили графики и фотографии с помощью микроскопа). После изучения образцов можно сказать, что наибольшей магнитооптической активностью обладает образец 3.

Перспективы использования результатов работы

Феррит-гранаты могут быть широко использованы в электронике, например, для создания высокочувствительных сенсоров магнитных полей или для магнитно-оперативной памяти.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

НИУ ВШЭ;

Лаборатория магнитоплазмоники и сверхбыстрого магнетизма Российского квантового центра Сколково.

Мнение автора о своей работе, проекте «Инженерный класс в московской школе», конференции «Инженеры будущего», пожелания

«Я считаю, что моя работа очень перспективна и интересна. Проект «Инженерный класс в московской школе» конференции «Инженеры будущего» помог мне рассказать об этих удивительных кристаллах»