金属有机沉积法制备Ce:YIG的磁致圆偏振发光特性及其与磁光效应的逆向过程研究

本研究针对磁光材料中发光与吸收光谱非对称性问题，通过金属有机沉积法(MOD)制备铈掺杂钇铁石榴石(Ce:YIG)薄膜，首次观测到1.44 eV处的磁致圆偏振发光(DCP)，证实其为磁光效应(MO)的逆向电子跃迁过程。该发现为开发新型自旋极化光源提供了理论依据，相关成果发表于《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》。

　　

在磁性光子学领域，钇铁石榴石(YIG)因其独特的磁光特性备受关注，但其强光吸收特性限制了可见光波段应用。铈掺杂YIG(Ce:YIG)虽在1.4 eV附近表现出显著磁光效应，但关于其发光特性与介电参数的关系始终缺乏实验验证。日本科学技术振兴机构(JST)PRESTO资助的研究团队通过创新性实验设计，首次揭示了Ce:YIG薄膜中磁致圆偏振发光与磁光效应的内在关联。

研究人员采用金属有机沉积法(MOD)在钆镓石榴石(GGG)基底上制备Ce:YIG薄膜，通过扫描电镜(SEM)表征表面形貌，利用405 nm激光激发配合磁场调控，测量了1.44-1.74 eV能区的圆偏振发光谱。关键技术包括：MOD法制备化学计量比为Ce:Y:Fe=1.0:2.0:5.0的薄膜；真空退火(1.2×10^-4 mbar)优化结晶性；基于介电张量ε_xx和ε_xy理论模型解析发光机制。

【Fabrication and measurement】
SEM显示样品表面存在300 nm迷宫状结构，能谱分析证实其为Ce元素偏聚所致。X射线衍射验证了薄膜的(111)择优取向，磁滞回线显示饱和磁化强度达143 emu/cm³。

【Results and discussion】
发光光谱分解出1.44 eV、1.68 eV和1.74 eV三个特征峰，其中1.44 eV峰对应Ce³⁺最低5d能级向4f能级的跃迁。圆偏振度谱与文献报道的介电参数ε'_xxε''_xy计算结果高度吻合，证实发光源于磁光效应的逆向过程。1.68 eV和1.74 eV峰归因于晶体场分裂的d-d*跃迁。

【Summary】
该研究首次建立Ce:YIG磁致圆偏振发光与介电参数的定量关系，阐明1.44 eV发光峰对应4f¹(²F_5/2)→5d跃迁的逆过程。发现晶体缺陷导致的1.68/1.74 eV发光峰为意外收获，为调控材料磁光性能提供了新思路。成果对发展自旋极化光源和磁光存储器具有重要指导价值。