用于高频器件的镓掺杂六铁氧体亚微米颗粒

本研究报道了亚微米$\mathrm{SrFe}_{12-x}\mathrm{Ga}_x\mathrm{O}_{19}$颗粒的合成，这些颗粒表现出可调磁各向异性和自然铁磁共振频率高达$57$ GHz，使其能够用于5G/6G通信系统的毫米波组件。正如作者指出的，“样品显示49–57 GHz范围内的自然铁磁共振频率”。

挑战

由于在较低退火温度下发生相分离以及磁性性能对$\mathrm{Ga}^{3+}$在五个晶体学铁位点上的分布高度依赖，生产具有可控阳离子取代的单畴M型六铁氧体颗粒是困难的。

创新：柠檬酸自燃合成

研究人员采用柠檬酸-硝酸盐自燃途径，随后在$1200\,^{\circ}\mathrm{C}$退火，实现了：

• 形成自点燃的多孔前驱体，
• 结晶出均匀的片状颗粒（360–560 nm），
• 精确确定$\mathrm{Ga}^{3+}$在$2a$、$4f_1$、$12k$和$2b$位点的占据情况。

根据文章所述，“多孔前驱体的退火导致形成平均尺寸为360-560 nm的单畴六铁氧体颗粒”。

关键结果

• FMR频率增加到**$57$ GHz**，当$x = 3$时。
• 矫顽力从$5.1$增加到**$6.4$千奥斯特**，对于$x \le 4$，然后在$x = 6$时降至$0.3$千奥斯特。
• 颗粒尺寸从1400 nm（未掺杂）减少到高镓含量下的360 nm。
• $\mathrm{Ga}^{3+}$优先占据$2a$、$4f_1$、$12k$位点，并部分占据$2b$位点，将$T_\mathrm{C}$降低到311 K，当$x = 6$时。

影响

这些镓掺杂六铁氧体有望用于：

• 毫米波吸收器和滤波器，
• 5G/6G系统的紧凑型谐振器，
• 高频磁性组件，
• 需要稳定单轴各向异性的自旋电子器件。

引用此工作

@article{Gorbachev2021GaHexaferrite,
  title={Submicron particles of Ga-substituted strontium hexaferrite obtained by a citrate auto-combustion method},
  author={Gorbachev, E. A. and Trusov, L. A. and Wu, M. and Vasiliev, A. V. and Svetogorov, R. D. and Alyabyeva, L. N. and Lebedev, V. A. and Sleptsova, A. E. and Karpov, M. A. and Mozharov, Y. M. and Gorshunov, B. P. and Kazin, P. E.},
  journal={Journal of Materials Chemistry C},
  year={2021},
  volume={9},
  pages={13832-13840},
  doi={10.1039/d1tc03381f}
}