Temperature-dependent Faraday rotation and magnetization reorientation in cerium-substituted yttrium iron garnet thin films

Abstract

We report on the temperature dependence of the magnetic and magneto-optical properties in cerium-substituted yttrium iron garnet (Ce:YIG) thin films. Measurements of the Faraday rotation as a function of temperature show that the magnetic easy axis of thin Ce:YIG films reorients from in-plane to out-of-plane on cooling below −100 °C. We argue that the temperature-dependence of the magnetostriction and magnetocrystalline anisotropy of Ce:YIG is the dominant factor contributing to the change in easy axis direction, and we describe the changes in the magneto-optical spectra with temperature.

Magnetism and spin transport in rare-earth-rich epitaxial terbium and europium iron garnet films

“…Rare-earth iron garnets (REIG) with PMA have also been developed, in which the PMA originates from magnetoelastic anisotropy due to the epitaxial mismatch strain of the REIG on the gadolinium iron garnet (GGG) substrate [12,18]. TmIG [5,18,19], SmIG (Sm 3 Fe 5 O 12 ) [20], and TbIG (Tb 3 Fe 5 O 12 ) [21] films, as well as Ce-or Bi-substituted YIG [22][23][24], exhibit strain-induced PMA. Other thin film RE garnets include GdIG (Gd 3 Fe 5 O 12 ) [25] and LuIG (Lu 3 Fe 5 O 12 ) [26] with in plane easy axis.…”

Магнетосопротивление и ИК-спектр примесных состояний в пленке Ce-=SUB=-3-=/SUB=-Fe-=SUB=-5-=/SUB=-O-=SUB=-12-=/SUB=-

“…Температурные зависимости ИК-спектров и проводимости объясним наличием двухвалентных ионов железа. Пленки при замещении иттрия церием Ce : YIG/GGG обнаруживают ромбоэдрическое искажение и изменение взаимного расположения октаэдров и тетраэдров [23,27]. Тетраэдры более подвержены деформации, чем октаэдры.…”

“…Тетраэдры более подвержены деформации, чем октаэдры. Параметр псевдокубической постоянной решетки растет при нагревании выше 170 K и при этой температуре реализуется спин-переориентационный переход легкая ось−легкая плоскость [23]. В ИК-спектрах наблюдаются две линии поглощения, связанные с переходом электронов между катионами Fe 2+ в октаэдрах и тетраэдрах и ионом Ce 4+ .…”

“…С изменением симметрии от тригональной к кубической эти переходы исчезают. В (Y 1−x Ce x )Fe 5 O 12 кристаллическая симметрия выше 170 K не меняется[23]. Можно предположить, что и в пленках Ce 3 Fe 5 O 12 кристаллические фазовые переходы отсутствуют при нагревании.…”

Quantum Spin-Wave Materials, Interface Effects and Functional Devices for Information Applications

“…These excellent magneto-optical properties are of great significance to the design of integrated magneto-optical devices such as isolators and circulators. In addition, YIG films modified by rare Earth elements Ce (Lage et al, 2017), Bi (Sellappan et al, 2017;Soumah et al, 2018), Eu (Rosenberg et al, 2018) and Tm (Quindeau et al, 2017) can be used to control the magnetic anisotropy of the films. By reducing the thickness of these modified YIG films to a certain extent, the films show perpendicular magnetic anisotropy.…”