YIG Einkristall - Eisengranatkugeln mit extrem hohem Gütefaktor

 

YIG Einkristall

Eisengranatkugeln mit extrem hohem Gütefaktor

 

Seit mehr als zwei Jahrzehnten werden dämpfungsarme einkristalline Eisengranatkugeln mit extrem hohen Gütefaktor Q für kommerzielle Mikrowellenanwendungen verwendet.

  

Herstellungsprozess

Das einkristalline Material wird üblicherweise aus Hochtemperaturlösungen (Flussschmelzen) gezüchtet. Für die Herstellung optisch polierter Kugeln mit Durchmessern von ca. 0,3 mm werden die Einkristalle in Scheiben und anschließend in Würfel getrennt.

Anschließend erfolgt eine Verrundung zu Kugeln und eine abschließende Oberflächenpolitur mit höchster Güte. Die Sättigungspolarisation 4pMs der Kugeln hängt vom Grad der Substitution diamagnetischer Ionen ab und kann aus dem Abstand zwischen der (210) Walker- und der homogenen Präzessionsmode ermittelt werden (linkes Diagramm).

Beispiel eines Y3(Fe, Ga)5O12 Würfels als Rohling

Beispiel eines Y3(Fe, Ga)5O12 Würfels als Rohling

Optisch polierte Kugel

Optisch polierte Kugel

 

Typische Halbwertsbreiten für die ferromagnetische Resonanzlinienbreite ΔH liegen bei kleiner als 1 Oe.

Mikrowellenabsorption als Funktion der Sättigungspolarisation

Mikrowellenabsorption als Funktion der Sättigungspolarisation 4πMs = 7.5(f – f0)/γ mit f als Frequenz, f0 als Resonanzfrequenz und γ als gyromagnetischem Verhältnis einer Y3(Fe, Ga)5O12 Kugel.

Mikrowellenabsorption in Abhängigkeit vom Magnetfeld

Mikrowellenabsorption in Abhängigkeit vom Magnetfeld ΔH = (f – f0)/γ mit f als Frequenz, f0 als Resonanzfrequenz und γ als gyromagnetischem Verhältnis für eine Y3(Fe, Ga)5O12 Kugel.

 

Anwendung

Überwiegend werden Yttrium-Eisengranat (YIG)-Einkristalle für den Aufbau von Mikrowellen-Oszillatoren (YIG-Oszillator) und Filtern verwendet, die in ihrer Frequenz mit einem externen magnetischen Feld abgestimmt werden können. Als frequenzbestimmendes Element dieser Festkörperresonatoren werden YIG-Kugeln eingesetzt.