Магнитооптическое исследование гольмиевого феррита-граната Ho₃Fe₅O₁₂

Abstract

Объемный гольмиевый феррит-гранат Ho₃Fe₅O₁₂ является кубическим ферримагнетиком с температурой Кюри TC = 567 К и точкой компенсации намагниченности Tcomp в области 130–140 К. В работе представлены результаты магнитооптического исследования эпитаксиальной пленки гольмиевого ферритаграната Ho₃Fe₅O₁₂ толщиной ~10 мкм, выращенной на подложке типа (111) гадолиний-галлиевого граната Gd₃Ga₅O₁₂. Особенностью данной структуры является близость параметров объемного материала, из которого выращена пленка, и подложки. Изучены температурные и полевые зависимости эффекта Фарадея, а также температурная зависимость доменной структуры в нулевом поле. Установлено, что точка компенсации для данной структуры составляет 127 К. Показано, что температурная зависимость характерного размера доменной структуры имеет расходимость в этой точке. На основании полученных результатов установлено, что магнитная анизотропия этого материала определяется одноосным и кубическим вкладами, причем каждый из них характеризуется различной температурной зависимостью. Сложная форма петель гистерезиса и резкая перестройка доменной структуры при изменении температуры указывают на наличие переходов из коллинеарной в неколлинеарную фазу. Была также исследована генерация второй оптической гармоники под действием лазерных импульсов длительностью 100 фс и центральной энергией фотона E = 1,55 эВ. Электродипольный вклад в генерацию второй гармоники, как кристаллографический, так и магнитный, был надежно зарегистрирован, несмотря на малое рассогласование параметров пленки феррита-граната и подложки.

Об’ємний гольмієвий ферит-гранат Ho₃Fe₅O₁₂ є кубічним феримагнетиком з температурою Кюрі TC = 567 К і точкою компенсації намагніченості Tcomp в області 130–140 К. В роботі представлено результати магнітооптичного дослідження епітаксіальної плівки гольмієвого ферит-гранату Ho₃Fe₅O₁₂ з товщиною ∼ 10 мкм, яку вирощено на підкладці типу (111) гадоліній-галієвого гранату Gd₃Ga₅O₁₂. Особливістю цієї структури є близькість параметрів об'ємного матеріалу, з якого вирощено плівку, і підкладки. Вивчено температурні та польові залежності ефекту Фарадея, а також температурна залежність доменної структури в нульовому полі. Встановлено, що точка компенсації для цієї структури складає 127 К. Показано, що температурна залежність характерного розміру доменної структури має розбіжність в цій точці. На підставі отриманих результатів встановлено, що магнітна анізотропія цього матеріалу визначається одновісним і кубічним вкладами, причому кожен з них характеризується різною температурною залежністю. Складна форма петель гістерезису і різка перебудова доменної структури при зміні температури вказують на наявність переходів з колінеарної в неколінеарну фазу. Було також досліджено генерацію другої оптичної гармоніки під дією лазерних імпульсів тривалістю 100 фс і центральною енергією фотона E = 1,55 еВ. Електродипольний вклад в генерацію другої гармоніки, як кристалографічний, так і магнітний, був надійно зареєстрований, незважаючи на мале розузгодження параметрів плівки ферит-гранату та підкладки.

Bulk holmium iron garnet Ho₃Fe₅O₁₂ is a cubic ferrimagnet with Curie temperature TC = 567 K and magnetization compensation point between 130–140 K. The magneto-optical data are presented for a holmium iron garnet Ho₃Fe₅O₁₂ epitaxial ~10 μm thick film grown on a (111)-type gadolinium-gallium garnet Gd₃Ga₅O₁₂ substrate. A specific feature of this structure is the closeness of the parameters of the bulk material, from which the film has been grown, to the substrate ones. Temperature and field dependences of the Faraday effect and temperature dependence of the domain structure in zero field are investigated. The compensation point of the structure is found to be Tcomp = = 127 K. It is shown that the temperature dependence of characteristic size of the domain structure diverges at this point. It is established that the magnetic anisotropy of the material is determined by both uniaxial and cubic contributions, each being characterized by different temperature dependence. A complex form of hysteresis loops and a sharp changes of the domain pattern with varying temperature suggest that there occur collinear–noncollinear phase transitions. Study of the optical second harmonic generation was carried out using 100 fs laser pulses with central photon energy E = 1,55 eV. The electric dipole contribution (both crystallographic and magnetic) to the second harmonic generation was observed with high reliability despite a small mismatch of the film and substrate parameters.