vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2024-69-1-7vestift-826Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYСВЧ-гетероструктуры в виде субмикронных пленок Y3Fe5O12 на неориентированных подложках сегнетоэлектрической керамики: синтез, свойства и перспективы примененияMicrowave heterostructures in the form of submicron Y3Fe5O12 films on non-oriented ferroelectric ceramic substrates: synthesis, properties, and prospects for applicationsСерокуроваА. И.SerokurovaA. I.

 Шарко Сергей Александрович – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник 

ул. П. Бровки, 19, 220072, Минск

Aleksandra I. Serokurova – Cand. Sci. (Physics and Mathematics), Senior Researcher 

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

aleksa.serokurova@yandex.byШаркоС. А.SharkoS. A.

Шарко Сергей Александрович – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник 

ул. П. Бровки, 19, 220072, Минск

Sergei A. Sharko – Cand. Sci. (Physics and Mathematics), Senior Researcher

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

sharko@physics.byНовицкийН. Н.NovitskiiN. N.

Новицкий Николай Николаевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник 

ул. П. Бровки, 19, 220072, Минск

Nikolay N. Novitskii – Cand. Sci. (Physics and Mathematics), Senior Researcher 

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

novitski@ifttp.bas-net.byНаучно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедениюScientific-Practical Materials Research Centre of the National Academy of Science of Belarus202403042024691716Copyright © Серокурова А.И., Шарко С.А., Новицкий Н.Н., 20242024Серокурова А.И., Шарко С.А., Новицкий Н.Н.Serokurova A.I., Sharko S.A., Novitskii N.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/826

Получены монолитные структуры железо-иттриевого граната (YIG, Y3Fe5O12) толщиной около 2 мкм на сегнетоэлектрических керамических подложках на основе PbZr0,45Ti0,55O3 (PZT) и Ba0,4Sr0,6TiO3 (BST). Слой Y3Fe5O12 был нанесен методом ионно-лучевого распыления-осаждения на подложки толщиной 400 мкм путем распыления поликристаллической мишени состава Y3Fe5O12 ионами аргона. Гетероструктуры кристаллизовались отжигом на воздухе при температуре 820 °С в течение 5 мин. Результаты применения метода характеристического рентгеновского излучения показали, что элементный состав монолитной гетероструктуры соответствует заданному. В ходе рентгеновских исследований установлено, что процесс кристаллизации YIG завершен и полученная структура является однофазной. Результаты магнитных исследований и исследований методом ферромагнитного резонанса говорят о возможности использования полученных гетероструктур в логических схемах на  основе спиновых волн с малым рассеиванием, в элементах памяти, а также в электрически управляемых устройствах СВЧ-диапазона.

In the work monolithic structures of yttrium iron garnet (YIG, Y3Fe5O12) with a thickness of about 2 μm were obtained on ferroelectric ceramic substrates based on PbZr0.45Ti0.55O3 (PZT) and Ba0.4Sr0.6TiO3 (BST). The Y3Fe5O12 layer was deposited by ion beam sputtering deposition on substrates 400 μm thick by sputtering a polycrystalline Y3Fe5O12 target with with argon ions. The heterostructures were crystallized by annealing in air at a temperature of 820 °C for 5 min. The results of the characteristic X-ray radiation method showed that the elemental composition of the monolithic heterostructure corresponds to the specified one. During X-ray studies, it was found that the YIG crystallization process is completed and the resulting structure is single-phase. The results of magnetic and ferromagnetic resonance studies indicate the possibility of using the obtained heterostructures in logic circuits based on spin waves with low scattering, in memory elements, as well as in electrically controlled microwave devices.

феррит-гранатовые слоисегнетоэлектрическая подложкабуферный слойполикристаллическая структураионно-лучевое распылениеferrite-garnet layersferroelectric substratebuffer layerpolycrystalline structureion-beam sputteringdepositionРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект Т22М-001).The work was supported by the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (project Т22М-001).ReferencesIshak, W. S. Magnetostatic wave technology: a review / W. S. Ishak // Proc. IEEE. – 1988. – Vol. 76, № 2. – P. 171–187. https://doi.org/10.1109/5.4393Ishak W. S. Magnetostatic wave technology: a review. Proceedings of the IEEE, 1988, vol. 76, no. 2, рр. 171–187. https://doi.org/10.1109/5.4393Стрейнтроника – новое направление микрои наноэлектроники и науки о материалах / А. А. Бухараев [и др.] // Успехи физ. наук. – 2018. – Т. 188, № 12. – С. 1288–1330. https://doi.org/10.3367/UFNr.2018.01.038279Bukharaev A. A., Zvezdin A. K., Pyatakov A. P., Fetisov Y. K. Straintronics: a new trend in microand nanoelectronics and materials science. Physics Uspekhi, 2018, vol. 61, no. 12, рр. 1175–1212. https://doi.org/10.3367/UFNe.2018.01.038279Gurevich, A. G. Magnetization Oscillations and Waves / A. G. Gurevich, G. A. Melkov. – London: CRC, 1996. – 464 р. https://doi.org/10.1201/9780138748487Gurevich A. G., Melkov G. A. Magnetization Oscillations and Waves. London, CRC, 1996. 464 р. https://doi.org/10.1201/9780138748487Вашковский, А. В. Магнитостатистические волны в электронике сверхвысоких частот: учеб. пособие для физ. спец. ун-тов / А. В. Вашковский, В. С. Стальмахов, Ю. Г. Шараевский; Сарат. гос. ун-т им. Н. Г. Чернышевского. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1993. – 314 с.Vashkovskii A. V., Stal’makhov V. S., Sharaevskii Yu. P. Magnetostatic Waves in Microwave Electronics. Saratov, Saratov State University Publ., 1993. 314 p. (in Russian).Magnon Straintronics: Reconfigurable Spin-Wave Routing in Strain-Controlled Bilateral Magnetic Stripes / A. V. Sadovnikov [et al.] // Phys. Rev. Lett. – 2018. – Vol. 120. – Art. ID 257203. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.257203Sadovnikov A. V., Grachev A. A., Sheshukova S. E., Sharaevskii Yu. P., Serdobintsev A. A., Mitin D. M., Nikitov S. A. Magnon Straintronics: Reconfigurable Spin-Wave Routing in Strain-Controlled Bilateral Magnetic Stripes. Physical Review Letters, 2018, vol. 120, art. ID 257203. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.257203Interface magnetoelectric effect in elastically linked Co/PZT/Co layered structures / A. I. Stognij [et al.] // J. Magn. Magn. Mater. – 2019. – Vol. 485. – P. 291–296. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.04.006Stognij A. I., Novitskii N. N., Trukhanov S. V., Trukhanov A. V., Panina L. V., Sharko S. A., Serokurova A. I. [et al.]. Interface magnetoelectric effect in elastically linked Co/PZT/Co layered structures. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2019, vol. 485, pp. 291–296. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.04.006Preparation and investigation of the magnetoelectric properties in layered cermet structures / A. I. Stognij [et al.] // Ceram. Int. – 2019. – Vol. 45, iss. 10. – P. 13030–13036. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.03.234Stognij A. I., Sharko S. A., Serokurova A. I., Trukhanov S. V., Trukhanov A. V., Panina L. V., Ketsko V. A. [et al.]. Preparation and investigation of the magnetoelectric properties in layered cermet structures. Ceramics International, 2019, vol. 45, no. 10, pp. 13030–13036. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.03.234Выращивание пленок Y3Fe5O12 на Si с буферными слоями AlOx и SiO2 методом ионно-лучевого распыления / А. И. Стогний [и др.] // Неорган. материалы. – 2017. – Т. 53, № 10. – С. 1093–1098.Stognij A. I., Novitskii N. N., Golikova O. L., Bespalov A. V., Gieniusz R., Maziewski A., Stupakiewicz A. [et al.]. Growth of Y3Fe5O12 films on Si with AlOx and SiO2 buffer layers by ion beam sputtering. Inorganic Materials, 2017, vol. 53, no. 10, pp. 1069–1074. https://doi.org/10.1134/S0020168517100156Magnetic properties, spin waves and interaction between spin excitations and 2D electrons in interface layer in Y3Fe5O12/AlOx/GaAs-heterostructures / L. V. Lutsev [et al.] // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2017. – Vol. 51, № 35. – Art. ID 355002 (8 p.). https://doi.org/10.1088/1361-6463/aad41bLutsev L. V., Stognij A. I., Novitskii N. N., Gieniusz R. Magnetic properties, spin waves and interaction between spin excitations and 2D electrons in interface layer in Y3Fe5O12/AlOx/GaAs-heterostructures. Journal of Physics D: Applied Physics, 2017, vol. 51, no. 35, art. ID 355002 (8 p). https://doi.org/10.1088/1361-6463/aad41bSynthesis, magnetic properties and spin-wave propagation in thin Y3Fe5O12 films sputtered on GaN-based substrates / A. I. Stognij [et al.] // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2015. – Vol. 48, № 48. – Art. ID 485002 (8 p). https://doi.org/10.1088/00223727/48/48/485002Stognij A., Lutsev L., Novitskii N., Bespalov A., Golikova O., Ketsko V., Gieniusz R., Maziewski A. Synthesis, magnetic properties and spin-wave propagation in thin Y3Fe5O12 films sputtered on GaN-based substrates. Journal of Physics D: Applied Physics, 2015, vol. 48, no. 48, art. ID 485002 (8 p). https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/48/485002Stognij, A. I. Ion-beam engineering of Co/TiO2 multilayer nanostructures / A. I. Stognij, M. V. Pashkevich, N. N. Novitskii // Tech. Phys. Lett. – 2010. – Vol. 36. – P. 426–429. https://doi.org/10.1134/S1063785010050111Stognij A. I., Pashkevich M. V., Novitskii N. N. Ion-beam engineering of Co/TiO2 multilayer nanostructures. Technical Physics Letters, 2010, vol. 36, pp. 426–429. https://doi.org/10.1134/S1063785010050111Magnetoelectric effects in porous ferromagnetic-piezoelectric bulk composites: Experiment and theory / V. M. Petrov [et al.] // Phys. Rev. B: Condens. Matter. – 2007. – Vol. 75. – Art. ID 174422. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.75.174422Petrov V. M., Srinivasan G., Laletin V. M., Bichurin M. I., Tuskov D. S., Poddubnaya N. N. Magnetoelectric effects in porous ferromagnetic-piezoelectric bulk composites: Experiment and theory. Physical Review B: Condensed Matter, 2007, vol. 75, art. ID 174422. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.75.174422Влияние состояния границ раздела на величину магнитоэлектрического эффекта в пленках Co(Ni) на подложках PbZr0,45Ti0,55O3 и GaAs / А. И. Стогний [и др.] // Неорганические материалы. – 2016. – Т. 52, № 10. – С. 1141–1147.Stognij A. I., Novitskii N. N., Ketsko V. A., Sharko S. A., Poddubnaya N. N., Laletin V. M., Bespalov A. V. [et al.]. Influence of the State of Interfaces on the Magnitude of the Magnetoelectric Effect in Co(Ni) Films on PbZr0.45Ti0.55O3 and GaAs Substrates. Inorganic Materials, 2016, vol. 52, no. 10, pp. 1070–1076. https://doi.org/10.1134/S0020168516100162Stognij, A. I. The synthesis of metal oxide films from compound powder targets / A. I. Stognij, V. V. Tokarev, Yu. N. Mitin // Mater. Res. Soc. Proc. – 1991. – Vol. 236. – P. 331– 334. https://doi.org/10.1557/PROC-236-331Stognij A. I., Tokarev V. V., Mitin Yu. N. The synthesis of metal oxide films from compound powder targets. Materials Research Society Proceedings, 1991, vol. 236, pp. 331–334. https://doi.org/10.1557/PROC-236-331Spin precession modulation in a magnetic bilayer / A. Stupakiewicz [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2012. – Vol. 101. – Art. ID 262406. https://doi.org/10.1063/1.4773508Stupakiewicz A., Pashkevich M., Maziewski A., Stognij A., Novitskii N. Spin precession modulation in a magnetic bilayer. Applied Physics Letters, 2012, vol. 101, art. ID 262406. https://doi.org/10.1063/1.4773508Enhanced Nonreciprocity of Magnetostatic Surface Waves in Yttrium-Iron-Garnet Films Deposited on Silicon Substrates by Ion-Beam Evaporation / V. K. Sakharov [et al.] // IEEE Magn. Lett. – 2017. – Vol. 8. – Art. ID 3704105 (5 p.). https://doi.org/10.1109/LMAG.2017.2659638Sakharov V. K., Khivintsev Yu. V., Vysotskii S. L., Stognij A. I., Filimonov Y. A. Enhanced Nonreciprocity of Magnetostatic Surface Waves in Yttrium-Iron-Garnet Films Deposited on Silicon Substrates by Ion-Beam Evaporation. IEEE Magnetics Letters, 2017, vol. 8, art. ID 3704105 (5 p.). https://doi.org/10.1109/LMAG.2017.2659638

The authors declare that there are no conflicts of interest present.