Способ сортировки ферромагнитных кристаллов

(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт физики твердого тела и полупроводников Национальной академии наук Беларуси Белорусский государственный университет(72) Авторы Адашкевич Сергей Владимирович Ломако Инна Дмитриевна Стельмах Вячеслав Фомич Троянчук Игорь Олегович(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт физики твердого тела и полупроводников Национальной академии наук Беларуси Белорусский государственный университет(57) Способ сортировки ферромагнитных кристаллов, включающий воздействие на кристалл постоянным магнитным полем и параллельным ему сверхвысокочастотным полем с возбуждением мод коллективных колебаний спиновых волн, измерение параметров спиновых волн, в качестве которых используют ширину спектра спиновых волн, вынесение суждения о сортности кристалла на основе определенных из измерений критериев сортировки по дефектности, отличающийся тем, что параметры спиновых волн измеряют для не менее двух различных ориентаций контролируемого кристалла, а о сортности кристалла судят по значениям ширины спектра спиновых волн и их изменений при разных ориентациях кристалла. 7293 1 2005.09.30 Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для отбора ферромагнитных кристаллов с заданными свойствами и оптимизации технологии выращивания кристаллов. Известен способ отбора и сортировки ферромагнитных кристаллов 1, включающий предварительную механическую и химическую обработку контролируемых образцов кристаллов, измерение спектров оптического пропускания, по которым судят о дефектности(качестве) кристаллов. Способ 1 трудоемкий и разрушающий. Известен способ дефектоскопии ферромагнитных кристаллов, включающий воздействие на исследуемый кристалл постоянного магнитного и параллельного ему сверхвысокочастотного поля 2. Однако данный способ, являясь экспрессным и неразрушающим, не обеспечивает высокую точность измерений, особенно при контроле кристаллов с пространственно-неоднородным распределением дефектов. Известен также способ дефектоскопии ферромагнитных кристаллов 3, включающий воздействие на контролируемый ферромагнитный кристалл постоянного магнитного и сверхвысокочастотного полей, ориентацию одной из его кристаллографических осей параллельно направлению постоянного магнитного поля, возбуждение в ферромагнитном кристалле наинизшей для указанной кристаллографической оси моды коллективных колебаний спиновых волн, распространяющихся перпендикулярно этой оси и по ширине спектра указанной моды, определение дефектности кристалла. Способ 3 отличается повышенной точностью контроля дефектности совершенных кристаллов, однако непригоден для сортировки пространственно-неоднородных кристаллов, кристаллов с одномерными и двумерными включениями, а также кристаллов с повышенной дефектностью, что существенно ограничивает тип сортируемых кристаллов и возможности оптимизации технологии выращивания кристаллов. Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа сортировки ферромагнитных кристаллов без ограничений по типам сортируемых кристаллов. Поставленная задача решается тем, что по способу, включающему воздействие на кристалл постоянным магнитным полем и параллельным ему сверхвысокочастотным полем с возбуждением мод коллективных колебаний спиновых волн, измерение параметров спиновых волн, в качестве которых используют ширину спектра спиновых волн, вынесение суждения о сортности кристалла на основе определенных из измерений критериев сортировки по дефектности, параметры спиновых волн измеряют для не менее двух различных ориентаций контролируемого кристалла, а о сортности кристалла судят по значениям ширины спектра спиновых волн и их изменений при разных ориентациях кристалла. Физической основой предлагаемого способа являются установленные авторами закономерности изменения спектра спиновых волн и условий их возбуждения для широкого класса ферромагнитных кристаллов, характеризующихся как гомогенным распределением дефектов по объему, так и кристаллов, содержащих одно- и двумерные низкоразмерные включения (кластеры) в широком наборе значений их концентраций. Решение задачи сортировки ферромагнитных кристаллов в широком диапазоне качественно и количественно различающихся типов дефектов существенно для оптимизации технологии выращивания и применения кристаллов. Авторами было подтверждено формирование в монокристаллах железо-иттриевых гранатов одномерных дефектных структур с различной их ориентацией и количеством по разным кристаллографическим плоскостям, связанных с технологическими условиями и морфологическими особенностями огранки граната при выращивании из расплава. Такие включения дефектов формируют пространственно- и ориентационно-неоднородные структуры с существенно различными магнитными и оптическими свойствами. Предлагаемый способ основан на том, что условия возбуждения и параметры спиновых волн, характерные для одной выделенной ориентации ферромагнитного кристалла,содержат только количественные критерии сортировки и дают информацию лишь об одной группе сорта, характеризующей общую дефектность кристалла для данной ориентации. Для 2 7293 1 2005.09.30 пространственно-неоднородного кристалла, а также кристалла, содержащего одно- или двумерные включения, информация, получаемая из анализа параметров спиновых волн при измерении известным способом 3, недостаточна, но она может быть получена при введении в известный способ дополнительных операций изменения ориентаций кристалла относительно магнитного поля при соответствующей коррекции условий их возбуждения и введении дополнительных критериев для суждения о сортности контролируемого кристалла. На фигуре представлены экспериментальные зависимости ширин спектральных линий спиновых волн Н от коэффициента оптического поглощения , измеренные на серии образцов кристаллов железо-иттриевых гранатов для двух различных ориентаций кристаллов, выращенных из раствора в расплаве с использованием в качестве растворителя окисей бария, свинца и бора. Экспериментальные зависимости отражают наличие корреляции между оптическими и магниторезонансными параметрами образцов железо-иттриевых гранатов, каждый из которых связан со степенью структурного совершенства (дефектностью) кристаллов. Корреляционная связь между оптическими и магниторезонансными параметрами описывается выражением НАВ. В частности, при ориентации (110) экспериментально полученные коэффициенты корреляции А 0,15, В 0,106, а при ориентации (111) А 0,20, В 0,122 для Н 0,15 Э,0,125 см-1. Корреляционная связь (фиг.) не только показывает принципиальную возможность реализовать неразрушающий способ контроля дефектности кристалла на основе магниторезонансных измерений, в отличие от разрушающего оптического 1, но и является физической основой способа сортировки образцов по дополнительному критерию, характеризующему группу сорта по степени анизотропии дефектности кристалла, связанной с формой дефектных включений и их кристаллографической ориентацией. В варианте предлагаемого способа для суждения о сортности образца кристалла принимают два критерия(2) М 1 2 3/1 /2 /3,гдехарактеризует группу сорта по общей дефектности образца, а М - группу сорта по анизотропии дефектности, где ,1, 2, 3 - индексы градации типов сорта,и Нах - измеренные минимальные и максимальные значения ширины спектральных линий спиновых волн. В данном варианте обеспечивается сортировка на девять различных типов кристаллов 1112 1321 22 23,(3) где первый элемент типа отражает сорт по дефектности, а второй - сорт по ее анизотропии. Техническое решение поясняется следующим примером. С использованием операций предлагаемого способа контролируют образцы монокристаллов 3512, выращенные из раствора в расплаве как в статическом, так и динамическом режимах. В отличие от известного способа 3 измеряют параметры спиновых волн для трех различных ориентаций образца по отношению к направлению постоянного магнитного поля спектрометра магнитного резонанса. В таблицу измерений вносят полученные минимальные и максимальные значенияи Нах и их изменения в виде отношения /. 3 Анализ абсолютных значений ,и их изменений от ориентации показывает,что образцы 1-6 могут быть отнесены к группам сорта в соответствии с критериями (1),(2), (3) в колонку Сорт таблицы результатов измерений. Так, например, образец 3 может быть отнесен к наиболее совершенным по сравнению с другими как по общей дефектности, так и по степени ориентационной однородности, характеризующей качество технологии выращивания. Образец 4 среди других является самым низкосортным, поскольку имеет как высокую общую дефектность, так и их ориентационную неоднородность. Образец 1, будучи среднего качества по дефектности, практически не содержит анизотропных дефектных включений. Сопоставление полученных данных о сорте исследовавшихся образцов со значениями соответствующих им режимов выращивания позволил оптимизировать режимы операций технологии выращивания железо-иттриевых гранатов с требуемыми значениями параметров, а также сформулировать рекомендации по повышению их структурного совершенства. Таким образом, предлагаемый способ, не имея ограничений по типам сортируемых кристаллов, относящихся к широкому диапазону значений общей дефектности, а также ограничений по виду их ориентационной (пространственной) неоднородности, обеспечивает возможность сортировки кристаллов как для целей совершенствования технологии выращивания, так и их выбора для применения в приборах магнито- и оптоэлектроники. Источники информации 1. Ломако И.Д., Смирнова Т.В., А.Н. Игуменцев А.Н., Мельников А.А. Оптические свойства чистых и легированных монокристаллов 3512 // Журн. прикладной спектр. 1996. - Т. 63. - С. 667-675. 2. А.с. СССР 360601, МПК 01 27/78, 1970. 3. А.с. СССР 828039, МПК 01 22/02, 1978. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.