論文の概要: Magnetic and structural properties of epitaxial Er-substituted yttrium iron garnet films grown by pulsed laser deposition
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.06324v1
- Date: Sun, 09 Nov 2025 10:59:44 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-11 21:18:44.88508
- Title: Magnetic and structural properties of epitaxial Er-substituted yttrium iron garnet films grown by pulsed laser deposition
- Title（参考訳）: パルスレーザー堆積法により成長したエピタキシャルEr置換イットリウム鉄ガーネット膜の磁気及び構造特性
- Authors: Lukas Flajsman, Lars Peeters, Armi Kosunen, Lide Yao, Ionela Vrejoiu, Sebastiaan van Dijken,
- Abstract要約: Er置換イットリウム鉄ガーネット(Er:YIG)は、YIGの低磁気減衰とテレコムバンド光遷移を結合する可能性を秘めている。
X線回折、相互空間マッピング、走査透過電子顕微鏡により、原子的に鋭い界面を持つ単一相の完全コヒーレント成長が確認された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Er-substituted yttrium iron garnet (Er:YIG) holds the potential of combining the low magnetic damping of YIG with the telecom-band optical transitions of $\text{Er}^{3+}$ ions, making it a suitable material for hybrid optomagnonic devices and microwave-to-optical quantum transduction. We report the epitaxial growth of $\text{Er}_{x}\text{Y}_{3-x}\text{Fe}_{5}\text{O}_{12}$ films with $x=0.008-0.20$ on (111)-oriented gadolinium gallium garnet (GGG) substrates using pulsed laser deposition. X-ray diffraction, reciprocal space mapping, and scanning transmission electron microscopy confirm single-phase, fully coherent growth with atomically sharp interfaces across the entire substitution range. Magnetometry reveals a gradual decrease in saturation magnetization with increasing Er content, consistent with antiparallel coupling between Er$^{3+}$ spins and the net Fe$^{3+}$ moments, along with the emergence of an in-plane uniaxial magnetic anisotropy. The ferromagnetic resonance broadens with Er concentration due to increased Gilbert damping and inhomogeneous linewidth broadening. Films with low Er content ($x=0.008$), most relevant for optomagnonic applications, retain nearly isotropic magnetization and exhibit a damping parameter only slightly higher than that of undoped YIG. These results identify growth and substitution conditions that preserve YIG's low-loss magnetic properties while introducing optical functionality, establishing Er:YIG as a viable platform for hybrid quantum magnonics and microwave-to-optical transduction.
- Abstract（参考訳）: Er置換イットリウム鉄ガーネット(Er:YIG)は、YIGの低磁気減衰と$\text{Er}^{3+}$イオンのテレコムバンド光遷移を結合する可能性を持ち、ハイブリッドオポマグニックデバイスやマイクロ波-光量子トランスダクションに適した材料である。
パルスレーザー堆積法を用いて, 111) 配向ガドリニウムガリウムガーネット(GGG)基板上での$x=0.008-0.20$の薄膜のエピタキシャル成長を報告する。
X線回折、相互空間マッピング、走査透過電子顕微鏡により、置換領域全体にわたって原子的に鋭い界面を持つ単一相の完全なコヒーレント成長が確認された。
磁気メトリーは、Er$^{3+}$スピンとネットFe$^{3+}$モーメントとの反平行カップリングと、面内一軸磁気異方性の出現と、Er含有量の増加に伴う飽和磁化の徐々に減少を示す。
強磁性共鳴は、ギルバート減衰の増加と不均一な直線幅拡大により、Er濃度とともに拡大する。
低いEr含有量(x=0.008$)のフィルムは、オポマグニック用途に最も関係があり、ほぼ等方的な磁化を保持し、非ドープYIGよりもわずかに高い減衰パラメータを示す。
これらの結果は、YIGの低損失磁気特性を光学的機能を導入しながら維持する成長と置換条件を特定し、Er:YIGをハイブリッド量子マグノニクスとマイクロ波-光伝送のためのプラットフォームとして確立した。
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