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鋱鎵石榴石（Tb₃Ga₅O₁₂，TGG）在可見(jiàn)及近紅外波段具有較高的Verdet常數、優(yōu)異的光學(xué)性能、高的熱導率和激光損傷閾值，廣泛應用于光纖隔離器和高功率固體激光系統中。TGG單晶在制備過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生氧化鎵揮發(fā)等問(wèn)題，難以獲得大尺寸、高質(zhì)量單晶。

近日，吉首大學(xué)陳喆博士團隊采用提拉法克服了晶體生長(cháng)過(guò)程中面臨的組分揮發(fā)、螺旋生長(cháng)等難點(diǎn)，制備出了高質(zhì)量Gd摻雜TGG磁光晶體并研究了其磁光特性，發(fā)現了Gd-Tb多順磁離子在石榴石結構晶體中的巨法拉第效應。該工作發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域權威刊物Optics Letters上，論文題目為“Fabrication and characterization of a gadolinium-doped terbium gallium garnet crystal with an enhanced Verdet constant”。

傳統研究認為在TGG晶體中磁光效應源于具有高磁光活性Tb³⁺離子4f-5d能級的躍遷，而其他順磁稀土離子（Ce³⁺、Pr³⁺、Gd³⁺等）的磁光性能在TGG晶體中低于Tb³⁺。該團隊制備的大尺寸Gd³⁺稀土離子摻雜TGG晶體中具有多磁性活性離子體系，盡管摻雜離子濃度很低，其晶體的核心指標常數（Verdet旋光常數）在405、533 和1064 nm處分別達到583.0、230.1和50.3 rad/(Tm)，比純TGG材料均有大幅度提高，是目前該波段綜合性能較好的磁光晶體。同時(shí)，其高的磁光常數和短的紫外截止波長(cháng)使其有望應用于寬波段磁光器件，對探索新型可見(jiàn)光-中紅外磁光晶體材料具有參考價(jià)值。

該工作以吉首大學(xué)為第一完成單位，與中科院上海光機所、上海硅酸鹽研究所、俄羅斯應用物理研究所、日本國立聚變科學(xué)研究所（NIFS）進(jìn)行了多方合作，得到了國家自然科學(xué)基金項目（NO. 51902128）、湖南省教育廳優(yōu)秀青年基金（NO. 19B461）的資助。