Synthesis of yttrium iron garnet/bismuth quantum dot heterostructures with localized plasmon enhanced magneto-optical performance
Synthesis of yttrium iron garnet/bismuth quantum dot heterostructures with localized plasmon enhanced magneto-optical performance
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具有局域等离子体增强磁光性能的钇铁石榴石/铋量子点异质结构的合成
DOI：
10.1016/j.jmst.2020.03.025
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发表时间：
2020-08
影响因子：
10.9
通讯作者：
Huaiwu Zhang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lichuan Jin;Caiyun Hong;Dainan Zhang;Yujie Feng;Yiheng Rao;Gang Wang;Qinghui Yang;Zhiyong Zhong;Huaiwu Zhang
摘要 光与磁物质之间的相互作用由于其在纳米光子学、自旋电子学和高精度传感中的潜在应用而引起了人们的广泛关注。在这里，我们通过分子束外延在磁绝缘体钇铁石榴石（YIG）上生长了具有强自旋轨道耦合的铋量子点（Bi-QD）。与裸 YIG 薄膜相比，YIG/Bi-QDs 材料的磁光克尔旋转增强高达 130%。 Bi-QD 还被引入到镥-铋共掺杂 YIG 薄膜上，形成克尔旋转显着增强（从 1626 到 2341 mdeg）的混合系统。铁磁共振测量表明，YIG/Bi-QD 异质结构中的有效磁化强度和界面自旋轨道场有所增加。使用具有高空间分辨率的电子能量损失光谱绘制了局域等离子体激元图，揭示了 Bi-QD 表面和 YIG/Bi-QD 界面处增强的等离子体激元强度。将 Bi-QD 引入 YIG 薄膜上，由于光学反射减弱和有效磁化强度增加，增强了克尔旋转。 Bi-QD 增强的磁光效应使得能够开发高效的纳米级光开关、自旋电子学，甚至等离子体纳米天线。
Abstract Interactions between light and magnetic matter attracted great attention lately due to their potential applications in nanophotonics, spintronics, and high-accuracy sensing. Here, we grew bismuth quantum dots (Bi–QDs) with strong spin–orbit coupling on a magnetic insulator yttrium iron garnet (YIG) via molecular beam epitaxy. The YIG/Bi–QDs material shows an enhanced magneto-optical Kerr rotation up to 130% compared with that of a bare YIG film. The Bi–QDs were also introduced onto a lutetium–bismuth co-doped YIG film to form a hybrid system with remarkably enhanced Kerr rotation (from 1626 to 2341 mdeg). Ferromagnetic resonance measurements showed an increased effective magnetization as well as interfacial spin–orbit field in the YIG/Bi–QD heterostructures. Localized plasmons were mapped using electron energy loss spectroscopy with high spatial resolution, revealing enhanced plasmon intensity at both the Bi–QD surface and YIG/Bi–QD interface. Introducing Bi-QDs onto the YIG film enhanced Kerr rotation owing to the attenuated optical reflection and increased effective magnetization. The Bi–QD-enhanced magneto-optical effect enables development of efficient nanoscale light switching, spintronics, and even plasmonic nano-antennas.
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影响因子：
8.6
作者：
A. Takayama;T. Sato;S. Souma;T. Takahashi
通讯作者：
A. Takayama;T. Sato;S. Souma;T. Takahashi
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2.1
作者：
A. Layadi;W. Cain;J. Lee;J. Artman
通讯作者：
A. Layadi;W. Cain;J. Lee;J. Artman
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作者：
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Pan, Deng;Wei, Hong;Xu, Hongxing
通讯作者：
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DOI：
10.1103/physrevb.96.014433
发表时间：
2017-07
期刊：
Bulletin of the American Physical Society
影响因子：
--
作者：
H. B. Vasili;B. Casals;R. Cichelero;J. Geshev;P. Gargiani;M. Valvidares;J. Herrero‐Martín;E. Pellegrin;J. Fontcuberta;G. Herranz
通讯作者：
H. B. Vasili;B. Casals;R. Cichelero;J. Geshev;P. Gargiani;M. Valvidares;J. Herrero‐Martín;E. Pellegrin;J. Fontcuberta;G. Herranz