Brevet FR2016913A1 — publié le 19700515

La présente invention concerne un cristal pour application magnéto-optique, en particulier pour la modulation ou la déviation de rayonnement infrarouge dans la gamme de longueurs d'onde située entre 1 et 10 microns et des appareillages magnéto-optiques comportant au moins un tel cristal. L'application précitée repose sur le pouvoir que possède la substance constituant le cristal de faire tourner le plan de -polarisation d'un rayonnement électro-magnétique polarisé linéairement, tombant sur cette substance, sous l'influence d'un champ magnétique présentant une composante dans la direction de propagation du rayonnement. Cette rotation est connue sous le nom d' "effet Faraday1,. L'amplitude (#) de la rotation provoquée par l'effet Faraday est exprimée dans ce cas par le nombre de degrés de rotation du plan de polarisation par centimètre de longueur du trajet parcouru par le rayonnement dans le cristal, lorsque celui-ci est aimanté à saturation dans un champ magnétique parallèle à la direction du rayonnement. Pour obtenir une grande rotation Faraday, qui peut être déjà influencée de façon nettement perceptible par de faibles champs magnétiques ou par de petites modifications de sens du champ magnétique, on utilise généralement des matériaux magnétiques qui transmettent bien le rayonnement à moduler. Par "matériaux magnétiques", il y a lieu d'entendre, dans ce qui suit, des matériaux qui sont magnétiques à une tempé- rature d'arrangement (point de Curie) pour le matériau en question. En ce qui concerne l'utilisation d'un matériau magnétique comme matériau modulateur d'un rayonnement situé dans une bande de longueurs d'onde donnée, non seulement ledit paramètre # mais également le coefficient d'absorption (&alpha;) est important.Ce coefficient dFabsorption, qui est exprimé en cm-1 est donné par la relation &alpha; = 1/d elog Io/I, dans laquelle Io/I représente le quotient des intensités du rayonnement incident 10 et du rayonnement transmis I. les matériaux les plus connus utilisés jusqu'à présent pour réaliser des cristaux I utiliser pour la modulation du rayonnement infrarouge de longueur d'onde située entre 1 et 6 microns, sont le grenat d'yttrium et de fer. Y Y3Fe5C12' et les composés qui peuvent e être déduits, par exemple e:- remplaçant p--rtiellement le fer par du gallium. h la température ambiante normale, ces aubstances sont spontanément magnétisées. Un inconvénient inhérent â l'utilisation de cristaux de ces grenats dans un apparéillage magnéto-optique réside dans leur rotation Faraday relativement faibie.De ce fait, on est forcé de choisir d'assez grandes dimensions pour les cristaux de grenat à utiliser dans ces appa reillages, au moins dans le sens dans lequel ces cristaux sont traversés par le rayonnement à moduler ou à dévier, ce qui alfecte la compacité de l'appareillage. La présente invention est basée sur l'id@e de trouver des matériaux magnétiques, dont les eristaux présentent une rotation Faraday @otatlement supérieure à celle des cristaux de grenat précités, dans la gamme de longueurs d'onde comprise entre 1 et 10 microns.Il s'est avéré possible de satisfaire à ces exigences en ehoislssant des matériaux pré- sentant, à une tempéraiure de 25 C, une résistivité supérieure à 100 Ohms.cm et une composition chimique répondant à la formule (MeIIO)x(Me'IIO)y(Fe2IIIO3)z ............... (1), dans laquelle MeII ...... représente au moins un des éléments Cu, Co Ni, Mn, Mg et Zn ou la combinaison Li + FeIII + 2 'II représente a Me ..... représente au moins un des éléments Ba, Sr, Pb et Ca; x , représente un nombre entier inférieur 9 2, y compris zéro; y ..... représent un nombre entier inférieur à 2, y compris zéro; z ..... représente un nombre entier inférieur à 7, zéro non compris, alors que a.Li peut être remplacé, par du Na, dans une proportion de 400 en atomes au maximum; III b. le peut entièrement ou partiellement être remplage par un ou plusieurs des éléments Al, Sc et Or ou par la combinaison MeII @ MeIV @@ - , dans laquelle Me a la signification précitée et MeTV représente au moins un des éléments TiIV ei SnTv. Suivant l'une des formes de réalisation de l'inven@ion, les cristaux présentent une suructure cubique et sont constitués par pn matériau magnétique, dont la composition chimique répond è la formule Li + FeI MeIIO.Fe2O3, dans laquelle MeII rep[résente de préférence Ni ou 2 Suivant une deuxième forme de réalisation de l'invention, les cristaux présentent une structure hexagonale et sont constitués par un matériau magndtique, dont la composition chimique répond à la formule Me'IIO.6Fe2IIIO3 , dann laquelle Me'II représente de préférence Ba. Suivant une troisième forme de réalisation de l'invention, les cristaux présentent une structure hexagonale et sont constitués par un matériau magnétique, dont la composition chimique répond à la formule (MeIIO)(ME'IIO)(Fe2IIIO3)3 la description ci-après, en se référant au dessin annexé, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures sont des diagrammes donnant les résultats de me sure du coefficient d'absorption (&alpha;) ) et de la rotation Faraday pour des longueurs d'onde comprises entre 1 et 10 microns, à une tempéra- ture de 25 C. La fig. 1 concerne des mesures effectuées sur des monocristaux de ferrite de nickel, NiFe2C4. Ces cristaux présentent une structure cubique. Le point de Curie est de 585 C. A une température de 25 C, la magnétisation spontanée Es est d'environ 270 gauss, alors qu'à cette tem pérature, la résistivité est de 2 x 106 Ohm.cm. La fig. 2 concerne des mesures effectuées sur des monocristaux en ferrite de lithium, Li + FeIII Fe2O4. Ces cristaux présentent une 2 structure cubique. Le point de Curie est de 67000. A une température de 250C, la magnétisation spontanée Ms est d'environ 310 gauss, alors qu'à cette température la résistivité est d'environ 105 Ohm.cm. La fig. 3 concerne des mesures effectuées sur des monocristaux en hexaferrite de baryum, BaFe12O19. Ces cristaux présentent une structure hexagonale. Lors des mesures, la direction de propagation coin- cidait avec celle du grand axe cristallographique du cristal. Le point de Curie est de 45000. A une température de 25 C, la magnétisation spontanée Ms est d'environ 380 gauss, alors qu'à cette température, la résistivité est de 3 x 104 Ohm.cm. La fig. 4 concerne des mesures effectuées sur des monocristaux de substance dont la composition chimique répond à la formule Ba2Zn2Fe12O22. Cette formule s'écrit également de la manière suivante: (ZnO)(BaO)(Fe2IIIO3)3 . Les cristaux en question présentent une structure hexagonale. Lors des mesures, la direction de propagation colncidait avec le rayonnement du grand axe cristallographique du cristal. Le point de Curie est de 13000. h une te,':p4rature de 25 C la magndtisation spontanée N5 est d'environ 230 gauss, alors que la résistivité est de 3 x 105 Ohm.cm. La fig. 5 concerne des mesures effectuées sur des monocristaux de grenat d'yttrium et de fer, Y3Fe5012, connus pour une telle application. Si l'on compare la rotation Faraday des cristaux correspondant aux fig. 1 à 4 avec celle des cristaux de grenat d'yttrium et de fer utilisés depuis longtemps pour l'application envisagée, il en ressort nettement que l'utilisation des cristaux mentionnés en premier lieu est la plus favorable. De ce fait, l'utilisation de cristaux conformes t l'invention dans les appareils magnéto-optiques permet d'utiliser des plaquettes de cristaux notablement plus minces que dans le cas d'utilisation des cristaux de grenat d'yttrium et de fer.De plus, les matériaux à partir desquels sont réalisés les cristaux conformes à l'invention présentent géné- ralement un point de Curie notablement supérieur à celui du grenat d'yttrium et de fer (29000), ce qui constitue un avantage dans le cas d'utilisation pour la mesure de températures par voie magnéto-optique. Un autre avantage offert par les cristaux conformes à l'in- vention réside dans le fait qu'ils peuvent être préparées avec des ma tières premières peu coûteuses, alors que le grenat d'yttrium et de fer. contient de ltoxyde yttrium, composant très cher. Toutefois, les valeurs du coefficient d'absorption telles que l'expriment les fig. 1 à 4 sont relativement élevées par rapport aux valeurs du coefficient d'absorption des cristaux de grenat d'yttrium et de fer, telles que ltexprime la fig. 5, mais elles ne sont pas élevées de façon prohibitive pour l'application envisagée. De plus, il y a lieu de s'attendre à ce que des cristaux plus homogènes présentent des valeurs notablement plus basses du coefficient d'absorption que les valeurs exprimées par les fig. 1 à 4, qui sont mesures sur des cristaux peu homogènes d'un point do vue chimique et/ou physique. Des figures 4 et 5, il ressort en outre que dans les cristaux de Ba2Zn2Fe12022, la rotation Faraday est moins tributaire de la longueur d'onde du rayonnement infrarouge que dans le cas des cristaux en grenat d'yttrium et de fer. Dans le cadre de la présente invention, le terme cristal n'est pas limitatif et peut s'tendre également à une couche polycristalline appliquée par exemple par évaporation. REVENDICATIONS: 1. Cristal pour application magnéto-optique, en particulier pour la modulation ou la déviation du rayonnement infrarouge dans la gamme de longueur s d'onde comprise entre 1 et 10 microns, constitué par un matériau magnétique, ce cristal étant caractérisé par une résistivité, à une température de 25 C, supérieure à 100 Chms.cm et par une composition chimique répondant à la formule (MeIIO)x(Me'IIO)y(Fe2III3)z .................... (1), dans laquelle MeII ...... représente au moins un des éléments Cu, Co, Ni, Mn, Mg et Zn ou la combinaison bi + FeIII 2 Me'II ..... représente au moins un des éléments Ba, Sr, Pb et Ca; x ........ représente un nombre entier inférieur à 2, y compris zéro; y ........ représente un nombre entier inférieur à 2, y compris zéro;; z ........ représente un nombre entier inférieur à 7, zéro non compris, (X+Y) > 0 alors que a Li peut être remplacé, dans une proportion d'au plus 40% en atomes, par du Na; b. FeIII peut entièrement ou partiellement être remplacé par un ou plusieurs des éléments Al, Sc et Cr ou par MeII + MeIV la combinaison , dans laquelle MeII a la 2 signification précitée et MeIV représente au moins un des éléments Ti1V et SnIV. 2. Cristal selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cristaux présentent une structure cubique, alors que, dans la formule (i), x = 1, y = O et z = 1. 3. Cristal selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cristaux présentent une structure hexagonale, alors que, dans la formule (1), x = O, y = t et z = 6. 4. Cristal selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cristaux présentent une structure hexagonale, alors que, dans la formule (1), x = 1, y = 1 et z = 3. 5. Cristal selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans la formule (i), MeII = Ni. 6. Cristal selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans la formule (1), M@II - Li + FeIII 2 7. Cristal selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans la formule (1), Me in = la. 8. Cristal selon la revendication 4. caractérisé en ce que dans la formule (1), MeII = Zn et Me II = Ba. 9. Appareil magnéto-optique, comportant au moins un cristal tel que spécifié ci-dessus.