СВЧ-гетероструктуры в виде субмикронных пленок Y₃Fe₅O₁₂ на неориентированных подложках сегнетоэлектрической керамики: синтез, свойства и перспективы применения

Получены монолитные структуры железо-иттриевого граната (YIG, Y₃Fe₅O₁₂) толщиной около 2 мкм на сегнетоэлектрических керамических подложках на основе PbZr_0,45Ti_0,55O₃ (PZT) и Ba_0,4S_r0,6TiO₃ (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.

1. Ishak, W. S. Magnetostatic wave technology: a review / W. S. Ishak // Proc. IEEE. – 1988. – Vol. 76, № 2. – P. 171–187. https://doi.org/10.1109/5.4393

2. Стрейнтроника – 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.2018.01.038279

3. Gurevich, A. G. Magnetization Oscillations and Waves / A. G. Gurevich, G. A. Melkov. – London: CRC, 1996. – 464 р. https://doi.org/10.1201/9780138748487

4. Вашковский, 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.

5. 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.120.257203

6. Interface 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.2019.04.006

7. Preparation 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.2019.03.234

8. Выращивание 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.

9. Magnetic 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/aad41b

10. Synthesis, 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/10.1088/00223727/48/48/485002

11. Stognij, 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/S1063785010050111

12. Magnetoelectric 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.75.174422

13. Влияние 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.

14. Stognij, 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-236-331

15. Spin precession modulation in a magnetic bilayer / A. Stupakiewicz [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2012. – Vol. 101. – Art. ID 262406. https://doi.org/10.1063/1.4773508

16. Enhanced 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.2017.2659638