低温磁声学中的可调 substituted 铁石榴石

通过物理气相沉积合成 nm 厚的铁石榴石薄膜，为基于矿子（magnon）编码的芯片上微波信号产生与处理开辟了令人振奋的机遇。然而，铁石榴石薄膜存在着苛刻的晶格匹配和化学计量要求。本文发展了一种新的制备方法，使其能够基于二元氧化物共沉积实现铁石榴石组成的精确连续调谐。通过将铁以可控比例替换为钇镍，获得了 Y$_{3}$(Y$_{x}$Fe$_{5-x}$)O$_{12}$ 薄膜，其晶体质量优良，结合广泛可调的晶格参数和优异的磁化动力学特性。这使得铁石榴石薄膜适用于低温应用，此类应用长期以来因基片中铁氧体的介电损耗而难以实现。低温铁磁共振确认了 Y$_{3}$(Y$_{x}$Fe$_{5-x}$)O$_{12}$ 薄膜在与 Y$_{3}$Sc$_{2}$Ga$_{3}$O$_{12}$ (YSGG) 晶格匹配的情况下，基片介电损耗已被消除。Y$_{3}$(Y$_{x}$Fe$_{5-x}$)O$_{12}$ 体系还可匹配至其他基片，如 (Gd,Y)$_{3}$Sc$_{2}$Ga$_{3}$O$_{12}$。Bi 取代薄膜 (Bi$_{0.8}$Y$_{2.2}$)Fe$_{5}$O$_{12}$ 也与 YSGG 具有理想的晶格匹配，展示了这一方法的多样性。这为铁石榴石薄膜的锂取代提供了前所未有的选择，为开发具有新特性的低温量子磁声学器件指明了前景。