K. A. Merencova, A. V. Telegin, Yu. P. Sukhorukov, I. D. Lobov, S. V. Naumov, S. S. Dubinin, A. P. Nosov

THE KERR EFFECT IN NANOSIZED BiYIG STRUCTURES ON GGG AND YAG SUBSTRATES

The polar Kerr effect in ultrathin Bi-doped yttrium iron garnet (BiY2Fe5O12) films is studied in the energy range 1.3 eV < E < 4.5 eV in constant external magnetic fields of up to 12 kOe at room temperature. The films with thicknesses ranging from 5 to 55 nm are produced by high-vacuum magnetron sputtering on single crystalline gadolinium-gallium Gd3Ga5O12 (111) and yttrium-gallium Y3Al5O12 (211) garnet substrates. All the films exhibit high structural perfection and significant magneto-optical response. Kerr rotation for the films reaches up to +0.33° in a 2 kOe saturation field. It is shown that a decisive role in the spectral and field dependences of the Kerr effect for the thin-film nanostructures on polished substrates is played by the contribution of reflected light and the magneto-optical properties of the substrate. For example, for the substrates with a polished back side, the Kerr effect is negative and reaches about −0.42°, which is comparable in magnitude with the effect in the films. At the same time, there is practically no Kerr rotation for the substrates with a diffuse scattering back side, and the spectral dependence of the effect for the thin-film nanostructures is close to the dependences for bulk samples of the same composition. The findings can be of interest for specialists in magneto-optics and the synthesis of thin-film magnetic nanostructures based on yttrium iron garnet.

Acknowledgement: The work was performed under the state assignment from the Russian Ministry of Science and Higher Education, themes No 122021000036-3 (Spin) and No 122021000035-6 (Function). The shared research facilities of the IMP UB RAS were used to conduct the X-ray spectroscopic and X-ray diffraction studies of the films.

К. А. Меренцова, А. В. Телегин, Ю. П.Сухоруков, И. Д. Лобов, С. В. Наумов, С. С. Дубинин, А. П. Носов

ЭФФЕКТ КЕРРА В НАНОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУРАХ BiYIG НА ПОДЛОЖКАХ GGG И YAG

Исследован полярный эффект Керра в сверхтонких пленках Bi-допированного железоиттриевого граната BiY2Fe5O12 в энергетическом интервале 1,3 эВ < Е < 4,5 эВ в постоянных магнитных полях до 12 кЭ при комнатной температуре. Показано, что пленки толщиной от 5 до 55 нм, полученные методом высоковакуумного магнетронного напыления на монокристаллических подложках гадолиний-галлиевого Gd3Ga5O12 (111) и иттрий-алюминиевого граната Y3Al5O12 (211), характеризуются высоким структурным совершенством и большой величиной магнитооптического отклика. Величина керровского вращения для пленок достигает +0,33° в поле насыщения 2 кЭ. Показано, что в спектральных и полевых зависимостях эффекта Керра для тонкопленочных наноструктур на полированных подложках определяющую роль играет вклад отраженного света, а также магнитооптические свойства подложки. Например, для подложек с полированной обратной стороной эффект Керра отрицательный и достигает −0,42°, что сопоставимо по величине с эффектом в пленках. В то же время для подложек с диффузно-рассеивающей обратной поверхностью керровское вращение практически отсутствует, а спектральная зависимость эффекта для тонкопленочных наноструктур близка к зависимостям для объемных образцов такого же состава. Полученные результаты представляют интерес для специалистов в области магнитооптики и синтеза тонкопленочных магнитных наноструктур на основе железоиттриевого граната.

Благодарность: Работа выполнена в рамках государственной программы Министерства науки и высшего образования РФ (проекты «Спин» №. 122021000036-3 и «Функция» №. 122021000035-6).

     

Библиографическая ссылка на статью

The Kerr Effect in Nanosized Biyig Structures on Ggg and Yag Substrates / K. A. Merencova, A. V. Telegin, Yu. P. Sukhorukov, I. D. Lobov, S. V. Naumov, S. S. Dubinin, A. P. Nosov // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2025. - Iss. 1. - P. 44-56. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2025.1.044-056. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_498.html
(accessed: 29.03.2025).