بلورات YAG مقابل بلورات YIG: تحليل مقارن

1 مقدمة

العقيق هو مجموعة من معادن السيليكات التي تتبلور في النظام البلوري المكعب. يُظهر شكله الطبيعي مجموعة واسعة من الألوان والخصائص الفيزيائية بسبب وجود أيونات فلزية ثنائية وثلاثية التكافؤ (على سبيل المثال، Mg2+، Fe3+، Al3+). ويمكن استخدامه كأحجار كريمة وأيضًا كمادة كاشطة صناعية نظرًا لصلابته العالية وثباته الكيميائي. ومع التقدم في العلوم والتكنولوجيا، تم تطوير مواد العقيق الوظيفية الاصطناعية عن طريق استبدال أيونات المعادن في شبكتها. وعلى وجه الخصوص، يُستخدم عقيق الألومنيوم الإيتريوم (YAG، Y3Al5O12) الذي يحتوي على أيونات Al³⁺ على نطاق واسع في الليزر (على سبيل المثال، Nd: YAG) والبصريات نظرًا لتوصيلها الحراري العالي وشفافيتها الواسعة، في حين يُستخدم عقيق الحديد الإيتريوم (YIG، Y3Fe5O12) كمادة أساسية في الأجهزة البصرية. وقد أصبحت YAG المادة الأساسية في أجهزة الليزر (مثل Nd: YAG) والأجهزة البصرية بسبب توصيلها الحراري العالي وشفافيتها البصرية الواسعة؛ في حين أن إدخال عنصر Fe3+ في YIG يمنحها مغناطيسية حديدية فريدة وتأثيرات مغناطيسية بصرية مغناطيسية (مثل دوران فاراداي)، والتي تستخدم على نطاق واسع في المجالات الإلكترونية عالية التردد، مثل أجهزة الموجات الدقيقة والعوازل المغناطيسية البصرية. على الرغم من أن كلاهما ينتمي إلى نفس عائلة العقيق، إلا أنهما مختلفان بشكل واضح في الوظائف البصرية والمغناطيسية بسبب الاختلافات التركيبية. وقد أصبحا حجر الزاوية في التقنيات الإلكترونية الضوئية والمعلوماتية الحديثة.

والغرض من هذه الورقة البحثية هو المقارنة المنهجية بين الهياكل البلورية والخصائص الأساسية وسيناريوهات التطبيق ومنطق الاختيار لعقيق الإيتريوم والألومنيوم (YAG، Y3Al5O12) وعقيق الإيتريوم والحديد (YIG، Y3Fe5O12)، من خلال تحليل الجوانب التالية:

• الاختلافات الهيكلية: تأثير Al3+ و Fe3+ على خصائص الشبكة;
• مقارنة الأداء: المعلمات الرئيسية للاستقرار البصري والكهرومغناطيسي والحراري والكيميائي;
• تباين التطبيقات: مدى ملاءمة تكنولوجيا الليزر، وأجهزة الموجات الدقيقة، والتشكيل المغناطيسي البصري، وغيرها من المجالات;
• أساس الاختيار: يوفر إطارًا لاتخاذ القرار من منظور بيئة العمل والمتطلبات الوظيفية وفعالية التكلفة.

من خلال توضيح الفروق الوظيفية والإمكانات التكميلية لنوعي المواد، توفر هذه الورقة مراجع علمية لاختيار المواد في تصميم الأجهزة الإلكترونية الضوئية والموجات الدقيقة والمغناطيسية.

الشكل 1 بلورة العقيق

2 خصائص المادة والبنية البلورية

2.1 YAG （Y3Al5O12） YAG （Y3Al5O12）

يرتبط التركيب الكيميائي لعقيق الإيتريوم والألومنيوم YAG (YAG، الصيغة الكيميائية Y3Al5O12) ارتباطاً وثيقاً بتركيبته البلورية، وهو في الأساس بلورة أكسيد العقيق الاصطناعي من نوع العقيق بنظام بلوري مكعب. من حيث التركيب الكيميائي، يمتلك YAG بنية شبكية ثلاثية الأبعاد متناظرة للغاية مع الإيتريوم (Y3+) والألومنيوم (Al3+) والأكسجين (O2-) كوحدات أساسية من خلال الطريقة الفريدة التي تشغل بها أيونات الإيتريوم مراكز التنسيق ثنائية السطوح وأيونات الألومنيوم التي تملأ الفراغات البينية الثماني السطوح والرباعية السطوح على التوالي. هذا الهيكل العظمي الصلب الذي يتكون من [YO8] ثنائي السطوح ثنائي السطوح و[AlO6] ثماني السطوح و[AlO4] رباعي السطوح المتصلة بواسطة الفواصل البينية المشتركة لا يمنح المادة صلابة عالية للغاية (صلابة موس تبلغ 8.5 تقريبًا) وثباتًا ميكانيكيًا فحسب، بل يُظهر أيضًا موصلية حرارية ممتازة (~14 واط/م-ك) ونفاذية طيفية واسعة (نطاق نفاذية يغطي الأشعة فوق البنفسجية 300 نانومتر إلى 5 ميكرومتر في الأشعة تحت الحمراء). وعلى وجه الخصوص، فإن الخصائص غير المغناطيسية لأيونات الألومنيوم والشبكة البلورية عالية الترتيب تجعل YAG خالية تقريبًا من الامتصاص الداخلي في نطاقات الطول الموجي المرئي إلى نطاقات الطول الموجي القريب من الأشعة تحت الحمراء، مما يجعلها وسيط اكتساب مثالي لليزر عالي الطاقة (على سبيل المثال، أطوال موجات ليزر Nd: YAG تصل إلى 1064 نانومتر). وفي الوقت نفسه، يمكن لموصلية الليزر الحرارية العالية أن تبدد الحرارة الناتجة عن عمل الليزر بكفاءة، مما يجنب تدهور الأداء بسبب تأثير العدسة الحرارية. هذا التآزر بين الهيكل والأداء يجعل YAG خيارًا لا يمكن الاستغناء عنه في تكنولوجيا الليزر والنوافذ البصرية والكشف عن الإشعاع.

الشكل 2 كريستال عقيق الألومنيوم الإيتريوم الألومنيوم (YAG)

2.2 YIG （Y3Fe5O12） YIG （Y3Fe5O12）

العقيق الإيتريوم-الحديد (YIG، الصيغة الكيميائية Y3Fe5O12) هو بلورة أكسيدمغناطيسي تعتمد على بنية العقيق بنظام بلوري مكعب، والتي تتكون من الإيتريوم (Y3+) والحديد (Fe3+) والأكسجين (O2-) التي تشكل شبكة مغناطيسية وظيفية من خلال تنسيق فريد. في التركيب البلوري، تشغل أيونات الإيتريوم مواقع ثنائية السطوح، بينما تتوزع أيونات الحديد في مواقع ثماني الأوجه ورباعي الأوجه. تشغل أيونات Fe3+ المواقع الثمانية الأوجه بينما تشكل المواقع الرباعية الأوجه عمودًا فقريًا صلبًا من خلال الترابط التساهمي بين Fe3+ والأكسجين. لا ترث بنية العقيق القائمة على الحديد هذه التماثل العالي للنظام البلوري المكعب فحسب، بل تمنح المادة أيضًا خصائص مغناطيسية حديدية رائعة (درجة حرارة كوري تبلغ حوالي 560 كلفن) وقدرات تفاعل مغناطيسي-بصري بسبب اقتران الإلكترون المداري ثلاثي الأبعاد والترتيب المغزلي المنظم للحديد 3+. من بينها، تنشأ ظاهرة الرنين المغناطيسي الحديدي من الاستجابة التطورية الجماعية لأيون الحديد المغزلي تحت المجال المغناطيسي المتناوب، مما يجعلها تُظهر نفاذية قابلة للضبط وخصائص امتصاص الطاقة في نطاق تردد الموجات الدقيقة (1-100 جيجاهرتز)، وتجعلها تصبح المادة الأساسية للدوائر والعوازل؛ ويتسبب التأثير المغناطيسي البصري (على سبيل المثال، دوران فاراداي) في دوران مستوى الاستقطاب من خلال اقتران الموجة الضوئية والعزم المغناطيسي، وتستخدم هذه الخاصية على نطاق واسع في العوازل البصرية والذواكر المغناطيسية البصرية. تُستخدم هذه الخاصية على نطاق واسع في العوازل الضوئية والذواكر المغناطيسية الضوئية، خاصة في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة (1.3-1.5 ميكرومتر)، حيث تُظهر بلورات YIG قدرات تعديل عالية الكفاءة. بالإضافة إلى ذلك، ترتبط خصائص الامتصاص بالموجات الدقيقة لبلورات YIG ارتباطًا وثيقًا بعامل التخميد الشبكي والتباين المغناطيسي، ويمكن تحسين أداء فقدان التردد العالي عن طريق التخدير (على سبيل المثال، استبدال Y3+ ب Bi3+)، والتي يمكن أن تلبي متطلبات الضوضاء المنخفضة لأنظمة اتصالات الجيل الخامس وأنظمة الرادار. ومن الهيكل إلى الأداء، ترتبط الوظيفة المغناطيسية ل YIG ارتباطًا وثيقًا بالتكوين الإلكتروني لشبكتها القائمة على الحديد، مما يجعلها مادة وظيفية لا غنى عنها في علم الضوئيات المغناطيسية وهندسة الموجات الدقيقة.

الشكل 3 ركائز كريستال العقيق الحديدي الإيتريوم (YIG)

2.3 مقارنة هيكلية

ينتمي كل من عقيق الإيتريوم والألومنيوم (YAG، Y3Al5O12) وعقيق الإيتريوم والحديد (YIG، Y3Fe5O12) إلى نفس عائلة تراكيب العقيق في النظام البلوري المكعب، ولكن بسبب الاختلافات في الطبيعة الكيميائية ل Al3+ و Fe3+ التي تشغل المواقع الرئيسية في الشبكة، يُظهر الاثنان اختلافًا حادًا في خصائصهما الفيزيائية وتطبيقاتهما الوظيفية. من وجهة نظر التركيب البلوري، يتوزع +Al3+ في YAG في المواقع الثماني الأوجه والرباعية الأوجه على شكل إشغال مختلط، مكونًا هيكلًا شبكيًا متماثلًا للغاية وغير مغناطيسي من الأل-أو. هذا النمط من الإشغال يجعل التكوين الإلكتروني 3s23p0 ل Al3+ غير قادر على توليد إلكترونات غير متزاوجة، وبالتالي تُظهر الشبكة البلورية امتصاصًا بصريًا منخفضًا للغاية وخصائص غير مغناطيسية جوهرية. وبالاقتران مع طاقة الترابط العالية والترتيب المنظم لروابط Al-O، تُظهر بلورات YAG نفاذية ممتازة في نطاقات الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء (300 نانومتر - 5 ميكرومتر)، وفي الوقت نفسه تمتلك موصلية حرارية عالية تبلغ حوالي 14 وات/م-كلفن مما يجعلها مرشحة مثالية للتطبيقات عالية الطاقة. إن الموصلية الحرارية العالية تجعلها خيارًا مثاليًا لليزر عالي الطاقة (على سبيل المثال، Nd: YAG) ومواد النوافذ البصرية. من ناحية أخرى، يحتل Fe3+ من YIG مواقع ثماني الأوجه فقط، وتشكل إلكتروناته 3+ من YIG حالة مغناطيسية عالية في مجال تنسيق الأكسجين، والتي تبني ترتيبًا مغناطيسيًا حديديًا بعيد المدى عن طريق الاقتران مع مغازل Fe3+ المجاورة من خلال تفاعلات فائقة التبادل. هذه الشبكة المغناطيسية لا تمنح YIG خصائص رنين مغناطيسي حديدي رائعة (درجة حرارة كوري تبلغ حوالي 560 كلفن)، ولكنها تُظهر أيضًا تأثيرات دوران فاراداي (زاوية دوران مستوى الاستقطاب تصل إلى 200 درجة/سم عند الأطوال الموجية القريبة من الأشعة تحت الحمراء) بسبب التفاعل القوي بين الضوء والعزوم المغناطيسية، مما يجعلها تحتل موقعًا مركزيًا في الأجهزة عالية التردد التي يتم التحكم فيها مغناطيسيًا، مثل أجهزة تدوير الموجات الدقيقة والعوازل المغناطيسية البصرية وما إلى ذلك.

يهيمن YAG على وسيط كسب الليزر، والكشف عن الإشعاع عالي الطاقة، والأنظمة البصرية عالية الحرارة بسبب الموصلية الحرارية العالية وخصائص النفاذية الواسعة؛ وقد أصبحت YIG مادة رئيسية في مجال الاتصالات بالموجات الدقيقة، والتخزين المغناطيسي البصري، واستشعار المجال المغناطيسي من خلال تأثيرها المغناطيسي البصري وقدرتها على امتصاص الموجات الدقيقة. في منطق الاختيار، إذا كنت بحاجة إلى تحقيق نقل بصري منخفض الخسارة في مجال ضوئي قوي أو بيئة ذات درجة حرارة عالية، فإن مزايا الاستقرار والإدارة الحرارية لـ YAG لا يمكن الاستغناء عنها؛ وفي السيناريوهات التي تتضمن تعديل المجال المغناطيسي أو معالجة الإشارات عالية التردد أو العزل أحادي الاتجاه للمسارات البصرية، تصبح الاستجابة المغناطيسية الحديدية وقدرة التعديل المغناطيسي البصري لـ YIG خيارًا إلزاميًا. وتجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من أن الوظيفتين مختلفتان تماماً، إلا أن قابلية الضبط الكيميائي لبنية العقيق توفر إمكانية تطوير مواد مركبة (على سبيل المثال، الوصلات المتغايرة YAG-YIG)، والتي قد تفتح بعداً جديداً من التطبيقات التآزرية في الضوئيات المتكاملة وأجهزة الاقتران متعددة الفيزياء في المستقبل.

الشكل 4 نموذج هيكل كريستال العقيق البلوري

3 مقارنة الأداء الرئيسي

3.1 الخواص البصرية

يعكس الفرق في الخواص البصرية بين عقيق الألومنيوم الإيتريوم (YAG) وعقيق الحديد (YIG) بشكل عميق الفرق الوظيفي بين الاثنين من حيث طبيعة المادة. تتركز الخصائص البصرية لـ YAG على كسب الليزر، وتسمح الطبيعة غير المغناطيسية لـ Al3+ في بلورته والبنية الشبكية عالية الترتيب بإظهار فقدان بصري منخفض للغاية في نطاقات الطول الموجي من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء (300 نانومتر - 5 ميكرومتر). وهو مناسب بشكل خاص لتخدير الأيونات الأرضية النادرة (على سبيل المثال، Nd3+) لتحقيق انبعاث ليزر فعال. إذا أخذنا YAG المخدرة بالنيوديميوم (Nd: YAG) كمثال، فإن عمر التألق يصل إلى 230 ميكروثانية، مما يوفر وقتًا كافيًا لتراكم عدد الجسيمات المثارة. وبالاقتران مع عتبة تلف عالية (>1 جيجاوات/سم2)، يمكنه إخراج أشعة الليزر القريبة من الأشعة تحت الحمراء بثبات في نطاق الطول الموجي 1064 نانومتر، وأصبح الوسيط الأساسي للقطع الصناعي والجراحة الطبية والبحث العلمي لأنظمة الليزر فائقة السرعة. بالإضافة إلى ذلك، تسمح نافذة الإرسال العريضة لـ YAG باستخدامها على نطاق واسع كصفائح نوافذ وعدسات ومواد متلألئة في الأنظمة البصرية من الأشعة فوق البنفسجية إلى منتصف الأشعة تحت الحمراء، وتحافظ على نفاذية بصرية مستقرة، خاصة في درجات الحرارة العالية أو في البيئات الإشعاعية.

وترتبط الخصائص الضوئية لمادة YIG ارتباطاً وثيقاً بالتأثير المغناطيسي البصري، حيث تؤدي إلكترونات +Fe333 في الشبكة إلى اقتران المدار المغناطيسي تحت تأثير المجال المغناطيسي، مما يؤدي إلى دوران مستوى الاستقطاب عند مرور الضوء المستقطب خطياً عبر YIG (تأثير فاراداي). على سبيل المثال، في نطاق الاتصالات 1550 نانومتر، يمكن أن تصل زاوية دوران فاراداي في YIG إلى حوالي 200 درجة/سم في نطاق 1550 نانومتر، وتستخدم هذه الخاصية بواسطة العوازل الضوئية لتحقيق انتقال الضوء أحادي الاتجاه ومنع زعزعة استقرار الليزر بسبب التداخل من الضوء المنعكس. على الرغم من فقدان الامتصاص في YIG في نطاق الطول الموجي المرئي بسبب قفزة الإلكترون d-d من Fe3+، فإن نافذته الشفافة في الأشعة تحت الحمراء القريبة إلى منتصف الأشعة تحت الحمراء (1.2-5 ميكرومتر) تتعايش مع النشاط المغناطيسي البصري، مما يجعلها مثالية للمعدِّلات المغناطيسية البصرية ووسائط التخزين المغناطيسية البصرية. والجدير بالذكر أنه يمكن تعزيز قوة الاستجابة المغناطيسية الضوئية لـ YIG عن طريق التطعيم (على سبيل المثال، أيون البزموت Bi3+ بدلاً من Y3+)، وبالتالي التكيف مع احتياجات الاتصالات البصرية عالية الكثافة والتشكيل الكمي.

وتكمن المقارنة بين خصائصها البصرية في اختلاف آلية التفاعل بين الضوء والمادة بشكل أساسي، حيث تحقق YAG تضخيم الضوء من خلال رنين الفوتونات وقفزات مستوى طاقة أيونات الأرض النادرة، بينما تعتمد YIG على اقتران الفوتونات والعزوم المغناطيسية لتحقيق تعديل الضوء. ويحدد هذا الاختلاف هيمنة YAG في الانبعاثات الليزرية والنقل البصري، بينما لا يمكن الاستغناء عن YIG في العزل المغناطيسي البصري والأجهزة البصرية غير المتبادلة.

الشكل 5 ماكينة لحام بالليزر المعدني YAG

3.2 الخواص الكهرومغناطيسية

يكمن الاختلاف بين الخواص الكهرومغناطيسية لجارنيت الألومنيوم الإيتريوم (YAG) وجارنيت الحديد الإيتريوم (YIG) في السلوك الإلكتروني ل Al3+ و Fe3+ في الشبكة، وهو ما يحدد مباشرةً أدوارهما المتعارضة في الهندسة الإلكترونية وهندسة الموجات الدقيقة. تتمحور الخصائص الكهرومغناطيسية لـ YAG حول خصائص العزل وفقدان العزل الكهربائي المنخفض، حيث إن الطبيعة غير المغناطيسية لـ Al3+ في الشبكة وتناظر البنية المكعبة، مما يؤدي إلى عدم وجود حاملات حرة أو لحظات مغناطيسية مقترنة على مسافات طويلة داخل المادة، وهو ما يتجلى في خصائص عزل ممتازة (مقاومة >10^16 Ω-سم) وفقدان عازل كهربائي منخفض للغاية (tanδ <10^4) في نطاق تردد الموجات الدقيقة. هذه الخاصية تجعله وسيطًا مثاليًا في الدوائر عالية التردد، ونوافذ الترددات اللاسلكية، والتغليف الكهربائي لليزر عالي الطاقة. على سبيل المثال، في ركيزة تبديد الحرارة في الصمام الثنائي الليزري، فإن YAG قادر على عزل التسرب الحالي وكذلك تحمل العمل طويل الأمد للمجالات الكهرومغناطيسية عالية التردد دون تراكم الحرارة.

من ناحية أخرى، تهيمن الخصائص الكهرومغناطيسية لـ YIG بالكامل على الخصائص المغناطيسية لـ Fe3+، التي يشكل إشغالها الثماني الأوجه نظامًا مغناطيسيًا حديديًا من خلال تفاعل التبادل الفائق، مما يُظهر قوة مغنطة تشبع ملحوظة (~178 emu/cm3) ونفاذية ميكروويف قابلة للضبط. في مجال مغناطيسي متناوب، يؤدي سبْق اللحظات المغناطيسية في YIG إلى إحداث رنين مغناطيسي حديدي. ويجعل تردد الرنين، القابل للضبط بواسطة المجال المغناطيسي المطبق (عادةً 1-100 جيجاهرتز)، من YIG ضرورياً لدوائر وعوازل الموجات الدقيقة. على سبيل المثال، في المحطات الأساسية للجيل الخامس، تتيح الأجهزة القائمة على YIG نقل الإشارات أحادية الاتجاه وتمنع التداخل المنعكس. وبالإضافة إلى ذلك، تشير خصائص التباطؤ في YIG (قسرية تبلغ حوالي 1 Oe) إلى طبيعتها المغناطيسية الناعمة، كما أن الجمع بين المغنطة المنخفضة المتبقية والنفاذية العالية يجعلها ممتازة للاستخدام في مرشحات الموجات الدقيقة ومبدلات الطور المغنطروني. ومع ذلك، فإن توصيلية YIG أعلى قليلاً من YAG (المقاومة ~ 10^8 Ω-سم)، والتي تنبع من مشاركة الجزء d-إلكترون من Fe3+ في نقل الشحنة، ولكن لا يزال من الممكن تحسين فقدان الرنين المغناطيسي الحديدي الخاص بها عن طريق التطعيم الشبكي (على سبيل المثال، Ga3+ بدلاً من Fe3+).

يمكن أن يُعزى الانقسام الأساسي بين الخاصيتين الكهرومغناطيسيتين إلى التمايز الوظيفي بين "العوازل" و"المغناطيس": لا يمكن الاستغناء عن YAG في السيناريوهات التي تتطلب عزلًا كهربائيًا وتثبيتًا عالي التردد بسبب الخمول الكهربائي لشبكة Al-O، في حين أن YIG هو حجر الزاوية في الأجهزة المغنطرونية عالية التردد ومعالجة الإشارات بالموجات الدقيقة بسبب النشاط المغناطيسي للعمود الفقري Fe-O. لا تحدد هذه الاختلافات حدود اختيار المواد فحسب، بل توفر أيضًا إمكانية التآزر عبر المجالات للتكامل غير المتجانس (على سبيل المثال، الركائز المركبة YAG-YIG).

الشكل 6 الذاكرة المغناطيسية البصرية (MOM)

3.3 الخواص الحرارية والميكانيكية

تتمحور الخصائص الحرارية ل YAG حول الموصلية الحرارية العالية (~14 واط/م-ك) مع معامل تمدد حراري منخفض (~8×10^6/ك)، والتي تنبع من طاقة الترابط العالية لرابطة Al-O (الترابط الهجين الأيوني التساهمي القوي بين Al3+ وO2-) والطبيعة العالية الترتيب للشبكة البلورية. تُمكّن هذه الخاصية YAG من تبديد الحرارة بسرعة وكبح التشوه الناجم عن الضغوط الحرارية في درجات الحرارة العالية (تحمل أكثر من 1700 درجة مئوية) أو في ظل ظروف تشغيل ليزر عالية الطاقة. على سبيل المثال، في ليزر Nd: YAG، تمنع الموصلية الحرارية العالية في ليزر Nd: YAG انحرافات وضع الليزر الناتجة عن تأثير العدسة الحرارية. وبالإضافة إلى ذلك، تضمن معاملات التمدد الحراري المنخفضة أن تحافظ المكونات البصرية على ثبات الأبعاد عبر نطاق واسع من درجات الحرارة (-50 درجة مئوية إلى 500 درجة مئوية). وتجعل هذه الخصائص ليزر Nd: YAG مثاليًا للمتطلبات الصعبة لمرنانات الليزر الدقيقة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن صلابة موس التي تبلغ 8.5، وهي قريبة من صلابة الياقوت (درجة 9)، تمنحه مقاومة ممتازة للخدش والصدمات، مما يتيح له الحفاظ على صلابة السطح والسلامة الميكانيكية في البيئات القاسية (على سبيل المثال، الأنظمة البصرية الفضائية والكشف عن الجسيمات عالية الطاقة).

ويهيمن على الخواص الحرارية والميكانيكية للحديد YIG تأثير الاقتران المغناطيسي البلوري للحديد ثلاثي الفينيل (Fe³⁺)، مع توصيل حراري أقل بكثير من تأثير YAG (حوالي 3-5 واط/م-ك) ومعامل تمدد حراري أعلى (~10 × 10^^6/ك)، وهو ما يعزى إلى مشاركة الإلكترونات ثنائية الإلكترونات في التشتت الاهتزازي للشبكة من Fe3+ والتشوهات الشبكية الإضافية التي يسببها التأثير المغناطيسي التقبضي. على الرغم من أن درجة حرارة كوري YIG مرتفعة نسبيًا (حوالي 560 كلفن)، إلا أن الترتيب المغناطيسي الحديدي يتفكك تدريجيًا ويتحلل التأثير المغناطيسي البصري بالقرب من درجة الحرارة هذه، لذلك فإن درجة حرارة العمل العملية عادة ما تكون محدودة بأقل من 200 درجة مئوية. تتأثر الخواص الميكانيكية لل YIG بخصائصها المغناطيسية. وفيما يتعلق بالخصائص الميكانيكية، تبلغ صلابة موس ل YIG حوالي 6.5-7، وهي أقل من صلابة YAG، ولكن بما أنها تستخدم بشكل أساسي في تجاويف الموجات الدقيقة أو الأجهزة الرقيقة المغناطيسية البصرية المغناطيسية (على سبيل المثال، أغشية YIG أحادية البلورة للعوازل المغناطيسية البصرية)، فإن متطلبات الصلابة منخفضة نسبيًا. وتجدر الإشارة إلى أن الخصائص المغناطيسية لـ YIG حساسة لدرجة الحرارة - فزيادة درجة الحرارة تقلل من قوة المغنطة المشبعة وتوسع عرض خط الرنين المغناطيسي الحديدي، مما يستلزم تصميم دوائر تعويض أو تحكم نشط في درجة الحرارة من أجل استقرار درجة حرارة أجهزة الموجات الدقيقة عالية التردد.

الأهمية الهندسية لمقارنة الأداء:

• YAG: في سيناريوهات درجات الحرارة المرتفعة أو كثافة التدفق الحراري العالية أو سيناريوهات التآكل الميكانيكي (على سبيل المثال، رؤوس اللحام بالليزر والنوافذ البصرية لاستكشاف الفضاء السحيق)، تشكل الموصلية الحرارية العالية والتوسع المنخفض والصلابة العالية مزيجًا من المزايا التي لا يمكن الاستغناء عنها.
• YIG: على الرغم من قدرتها الضعيفة على الإدارة الحرارية، فإن قابلية ضبط خواصها المغناطيسية واستجابتها للموجات الدقيقة (على سبيل المثال، تعديل تردد الرنين بواسطة المجال المغناطيسي) تجعلها تحتل موقعًا أساسيًا في الأنظمة التي يهيمن عليها المجال المغناطيسي مثل الواجهة الأمامية للترددات اللاسلكية من الجيل الخامس، والاستشعار المغناطيسي الكمي، وما إلى ذلك، وفي هذا الوقت، يمكن تعويض محدودية الأداء الحراري من خلال تصميم تبديد الحرارة في العبوة.

3.4 الاستقرار الكيميائي

ينبع الاختلاف في مقاومة التآكل والقدرة على التكيف البيئي بين عقيق الألومنيوم الإيتريوم (YAG) وعقيق الحديد الإيتريوم (YIG) من الاختلاف الأساسي في تركيبها الكيميائي وبنيتها البلورية، مما يؤثر بشكل مباشر على استقرارها على المدى الطويل في البيئات الرطبة أو المؤكسدة أو البيئات الكيميائية القاسية. تُعد مقاومة YAG للتآكل أفضل بكثير من YIG، حيث إن شبكة Al-O القوية التي تتكون من Al3+ وO2- خاملة في درجات الحرارة المحيطة والمرتفعة. حتى في البيئات الرطبة أو الوسائط الحمضية/القلوية الضعيفة (درجة الحموضة 3-11)، يخضع السطح لتحلل مائي بطيء للغاية، على سبيل المثال، في اختبارات التقادم المتسارع عند رطوبة 85% و85 درجة مئوية، يكون فقدان وزن YAG أقل من 0.01%/سنوياً، ولا توجد حفر تآكل مرئية أو حدود حبيبية على السطح للتدهور. هذا الثبات يجعلها مناسبة للسيناريوهات القاسية مثل بصريات البيئة البحرية وأجهزة استشعار البخار ذات درجة الحرارة العالية.

من ناحية أخرى، فإن مقاومة التآكل في YIG محدودة بسبب ميل الأكسدة في الحديد3+، خاصة في درجات الحرارة العالية (>300 درجة مئوية) أو في البيئات الغنية بالأكسجين، حيث قد يتأكسد الحديد3+ لتوليد أطوار Fe2O3 أو Fe3O4 غير المتجانسة، مما يؤدي إلى تشوهات في الشبكة وتدهور الخصائص المغناطيسية. على سبيل المثال، عند تعريضها للهواء الرطب لفترة طويلة، تتشكل تدريجياً طبقة مؤكسدة رخوة على سطح YIG (بسماكة تبلغ حوالي عدة ميكرونات/سنة)، وقد تنخفض زاوية دورانها المغناطيسي البصري الفارادي بنسبة 10%-20%، وهو ما يجب تثبيطه عن طريق الطلاء (على سبيل المثال، طبقة واقية من SiO2) أو التغليف بغاز خامل. وبالإضافة إلى ذلك، فإن بلورات YIG حساسة للبيئات الحمضية (درجة الحموضة <5)، حيث تعمل أيونات H⁺ على تآكل روابط الحديد والأكسجين وتحفز تفكك الشبكة، وبالتالي يجب استخدامها بحذر في السيناريوهات العدوانية كيميائيًا.

المقايضات الهندسية للتكيف البيئي

• YAG: من خلال الخمول الكيميائي والثبات الواسع في درجات الحرارة، يمكنها تحمل الرطوبة ورذاذ الملح والأحماض/القلويات الضعيفة والبيئات المؤكسدة ذات درجات الحرارة العالية، وهي مناسبة لسيناريوهات التعرض طويل الأمد مثل الكشف عن الإشعاع النووي في الهواء الطلق باستخدام تقنية LIDAR.
• YIG: تحتاج إلى تجنب الأكسدة في درجات الحرارة العالية والتآكل الحمضي، ولكن لا يزال بإمكانها العمل بثبات في بيئة جافة وخاملة أو حزمة مفرغة من الهواء. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي تصميم الحزمة المحكم لتجويف الموجات الدقيقة لمحطة 5G الأساسية أو العازل المغناطيسي البصري إلى إطالة عمر الجهاز بشكل فعال.

4 تحليل سيناريو التطبيق

4.1 التطبيقات النموذجية ل YAG

1. تكنولوجيا الليزر: حجر الزاوية في ليزر الحالة الصلبة

Nd: ليزر YAG (الطول الموجي 1064 نانومتر):

القطع واللحام الصناعي: تُستخدم بلورات YAG المخدرة بالنيوديميوم (Nd3+) كوسيط كسب لإخراج أشعة الليزر المستمرة أو النبضية بقدرة كيلوواط، والتي تُستخدم في القطع الدقيق للمعادن (مثل سبائك التيتانيوم في مجال الطيران) ولحام المكونات الإلكترونية، كما أن توصيلها الحراري العالي يدير الأحمال الحرارية بفعالية ويتجنب تشوهات الحزمة الحرارية.

الجراحة الطبية: يمكن لضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة من الأشعة تحت الحمراء 1064 نانومتر من ليزر Nd: YAG اختراق الطبقة السطحية للأنسجة البيولوجية، ويستخدم في طب العيون (إصلاح الشبكية) وجراحة المسالك البولية (تفتيت الحصوات) واستئصال الأورام، ويجمع بين الطاقة العالية واستهداف الأنسجة العميقة.

الشكل 7 Nd YAG (عقيق الألومنيوم الإيتريوم المطعّم بالنيوديميوم)

ليزر Er: YAG (الطول الموجي 2940 نانومتر):

مستحضرات التجميل والأسنان: ينبعث من الإربيوم (Erbium (Er3+) YAG المخدّر بالليزر YAG ضوء الأشعة تحت الحمراء المتوسطة بطول موجي يتطابق مع ذروة امتصاص الماء (حوالي 3 ميكرومتر)، مما يسمح بالتبخير الدقيق لسطح الجلد (إزالة الشوائب وإزالة الندبات) أو مينا الأسنان (علاجات التسوس طفيفة التوغل)، و"الاستئصال البارد" لتقليل الضرر الحراري.

ضخ الصمام الثنائي لليزر: تُستخدم YAG كمادة ركيزة مقترنة بثنائيات الليزر (على سبيل المثال، مصادر الضخ 808 نانومتر) لتحسين كفاءة التحويل الكهروضوئي لليزر (>30%)، والتي تستخدم على نطاق واسع كمصدر ضخ لاتصالات الألياف البصرية وأنظمة الليزر الصناعية.

الشكل 8 Er:YAG (عقيق الألومنيوم الإربيوم المخدّر بالإربيوم)

2. البصريات: حراس البيئات القاسية

نوافذ وعدسات ليزر عالية الطاقة:

إن نفاذية YAG الواسعة في الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء (300 نانومتر - 5 ميكرومتر)، بالإضافة إلى عتبة تلف عالية (>1 جيجاوات/سم2)، تجعلها المادة المفضلة للنوافذ وعدسات التركيز في أنظمة الليزر عالية الطاقة (على سبيل المثال، أجهزة الاندماج)، والتي يمكنها تحمل الإشعاع الليزري المكثف دون تشقق حراري أو تشويه بصري.

الكاشفات المتلألئة:

تبعث بلورات YAG المخدرة بالسيريوم (Ce3+) (YAG: Ce) مضاناً أخضر اللون 550 نانومتر عند قصفها بجسيمات عالية الطاقة (مثل الأشعة السينية والأشعة γ)، مع زمن استجابة سريع (حوالي 70 نانومتر)، وتستخدم في الطب النووي (التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني)، والفيزياء عالية الطاقة (الكشف عن الجسيمات)، وأجهزة التصوير المقطعي المحوسب الأمنية، مع صلابة إشعاعية تفوق صلابة بلورات NaI(Tl) التقليدية.

3. المعالجة الصناعية والطبية: أداة للمعالجة الدقيقة للطاقة

المعالجة بالليزر الصناعية:

تولد أشعة ليزر YAG نبضات نانوثانية من خلال تقنية التبديل الكمي للتشغيل الآلي الدقيق (حفر لوحات الدوائر الكهربائية)، وتركيب السطح (تحسين اختراق الخلايا الشمسية)، ووضع العلامات الدقيقة (وسم الأجهزة الطبية)، مع جودة شعاع (M2 <1.1) تضمن دقة معالجة دون الميكرون.

الجماليات الطبية:

يُستخدم ليزر Nd: YAG المضبوط Q لإزالة الوشم وبقع التصبغ. يمكن لطوله الموجي البالغ 1064 نانومتر أن يدمر الميلانين في الأدمة بشكل انتقائي، بينما تكون البشرة محمية من التلف بسبب انخفاض الامتصاص.

يستخدم ليزر Nd: YAG طويل النبض لإزالة الشعر، ويستهدف الميلانين في بصيلات الشعر، ويخترق حتى 4-6 ملم، وهو مناسب لأنواع البشرة الداكنة.

علاج الأنسجة الصلبة للأسنان:

يتم امتصاص ليزر Er: YAG (2940 نانومتر) بقوة بواسطة جزيئات الماء، مما يخلق انفجارات دقيقة في المينا وعاج الأسنان، مما يتيح إعداد تجويف الأسنان بدون اهتزازات وبدون شقوق، مع ألم أقل بكثير للمريض من المثاقب التقليدية.

الجدول 1: شرح عدم قابلية استبدال YAG

4.2 التطبيقات النموذجية لـ YIG

1. أجهزة الموجات الدقيقة والترددات اللاسلكية: "شرطة المرور" للإشارات عالية التردد

إن خصائص الرنين المغناطيسي الحديدي (FMR) التي تتمتع بها YIG تجعلها وسيطاً رئيسياً لتكييف إشارات الموجات الدقيقة، حيث تُظهر نفاذية قابلة للضبط وامتصاصاً للطاقة في نطاق تردد الموجات الدقيقة (1-100 جيجاهرتز).

الدوائر والعوازل:

في الرادار، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية ومحطات الجيل الخامس الأساسية، تقوم أجهزة التدوير القائمة على YIG بتنظيم تردد الرنين المغناطيسي الحديدي من خلال تطبيق مجال مغناطيسي لتحقيق نقل أحادي الاتجاه لإشارات الموجات الدقيقة (على سبيل المثال، عزل طرف المرسل عن طرف المستقبل) ومنع الإشارات المنعكسة من التداخل مع جهاز الإرسال. على سبيل المثال، في صفائف هوائيات الجيل الخامس من الموجات المليمترية 5G Massive MIMO الضخمة، يحمي عازل YIG بفقدان الإدراج المنخفض (<0.5 ديسيبل) والعزل العالي (>20 ديسيبل) استقرار وصلة الإشارة.

مرشحات الموجات الدقيقة ومبدلات الطور:

تُستخدم نفاذية YIG المعتمدة على التردد في مرشحات ممر النطاق القابلة للضبط، حيث يمكن ضبط التردد المركزي لنطاق المرور ديناميكيًا عن طريق تغيير مجال التحيز (دقة الخطوة حتى مستوى ميجاهرتز)، وهو مناسب لإعادة التشكيل السريع لأنظمة الاتصالات متعددة النطاقات. بالإضافة إلى ذلك، فإن حلقة التباطؤ القابلة للتحكم في حلقة التباطؤ في YIG تجعلها مادة أساسية لمبدلات طور الرادار ذات الصفيف المرحلي، حيث يتم ضبط طور الموجات الدقيقة بواسطة حالة المغنطة لتحقيق تشكيل الحزمة والمسح السريع.

2. الأجهزة المغناطيسية الضوئية: "صمامات فحص" و"معدِّلات" المسارات البصرية

يعد تأثير دوران فاراداي في YIG - وهو دوران مستوى استقطاب الضوء المستقطب خطياً أثناء مروره عبر YIG في مجال مغناطيسي - حجر الزاوية في الاتصالات البصرية والتخزين المغناطيسي البصري.

العوازل الضوئية والدوائر الضوئية:

في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية، تستفيد العوازل الضوئية القائمة على YIG من عدم تبادلية دوران فاراداي (يتم تحديد اتجاه الدوران فقط من خلال اتجاه المجال المغناطيسي، بغض النظر عن اتجاه انتشار الضوء) لفرض عدم تطابق حالة الاستقطاب للضوء المنعكس للخلف لتحقيق انتقال أحادي الاتجاه للمسار البصري (عزل >30 ديسيبل) وحماية الصمام الثنائي الليزري من تداخل الصدى. على سبيل المثال، أصبح عازل YIG لنطاق الاتصالات 1550 نانومتر، بزاوية دوران تصل إلى 200 درجة/سم وفقدان أقل من 0.2 ديسيبل، مكونًا قياسيًا للوحدات البصرية عالية السرعة.

المغير المغناطيسي البصري والذاكرة:

من خلال تعديل زاوية دوران فاراداي لـ YIG بمجال مغناطيسي متناوب، يمكن تحويل الإشارة الكهربائية إلى تغيير في شدة الضوء أو حالة الاستقطاب من أجل التعديل المباشر في الاتصالات البصرية أو ترميز الاستقطاب في توزيع المفاتيح الكمية. وبالإضافة إلى ذلك، تم استكشاف إمكانية التحكم في المجال المغناطيسي لأغشية YIG للتخزين المغناطيسي البصري (على سبيل المثال، الأقراص المدمجة ذات الذاكرة المدمجة MO-ROM)، وعلى الرغم من التحول الحالي في تكنولوجيا التخزين السائدة إلى الحالة الصلبة، إلا أن خصائصها عالية الكثافة والمقاومة للإشعاع لا تزال لديها إمكانات في مجالات خاصة (على سبيل المثال، تخزين البيانات في الفضاء الجوي).

3. أجهزة الاستشعار: "كاشفات حساسة للغاية" للمجالات المغناطيسية

إن تأثير YIG المغناطيسية البصرية المغناطيسية وحساسية النفاذية للمجالات المغناطيسية الخارجية يجعلها مادة حساسة أساسية للكشف عن المجالات المغناطيسية الضعيفة والتصوير المغناطيسي.

الحساسات المغناطيسية الضوئية:

تُستخدم مستشعرات المجال المغناطيسي القائمة على دوران فاراداي، التي تعكس شدة المجال المغناطيسي بقياس زاوية دوران مستوى الاستقطاب بدقة تصل إلى مستوى نانو تيرابايت (المجال المغناطيسي الأرضي ~ 50 ميكرو تيرابايت)، في الاستكشاف الجيولوجي (الكشف عن المعادن) والطب الحيوي (التصوير المغناطيسي المغناطيسي) وتحديد مواقع أعطال شبكة الطاقة. على سبيل المثال، يمكن لـ YIG المخدرة بالبزموت (Bi: YIG) أن ترفع زاوية دوران فاراداي إلى 10^4 درجة/سم مما يحسن بشكل كبير من حساسية الكشف.

تصوير المجال المغناطيسي بالموجات الدقيقة:

تقوم مجسات YIG بتعيين المعلمات الكهرومغناطيسية للمواد (على سبيل المثال، ثابت العزل الكهربائي، والنفاذية) عن طريق مسح المجال القريب للموجات الصغرية على سطح العينة باستخدام تحولات تردد الرنين المغناطيسي الحديدي للكشف عن عيوب القارات المتكاملة أو توصيف المواد الخارقة الجديدة بدقة مكانية دون المليمتر.

الجدول 2: عدم إمكانية استبدال YIG

4.3 التطبيقات المتقاطعة والمجالات الناشئة

عند التقاطع بين المواد الإلكترونية الضوئية والمغناطيسية، تُحدث الدراسة المركبة لعقيق الإيتريوم والألومنيوم (YAG) وعقيق الإيتريوم والحديد (YIG) ثورة في التكامل الوظيفي: تشتهر YAG بنفاذية طيفية واسعة النطاق، وموصلية حرارية عالية، وثبات ميكانيكي، في حين تبرز YIG في تعديل الموجات الدقيقة عالية التردد والفوتون بواسطة الرنين المغناطيسي الحديدي والتأثيرات المغناطيسية البصرية. ويتيح الجمع بين الاثنين أداءً تآزرياً للمواد من خلال تقنيات التكامل غير المتجانسة (على سبيل المثال، التقطيع الأيوني والترابط الحراري). على سبيل المثال، تُظهر العوازل الضوئية على الرقاقة المصممة من خلال الجمع بين الأغشية المغناطيسية البصرية YIG ووسائط الليزر YAG عرض نطاق ترددي للعزل يبلغ 83 نانومتر و84 نانومتر في نطاقات الطول الموجي 1.55 ميكرومتر و2.1 ميكرومتر. وتصل خسائر الإدخال إلى 2.78 ديسيبل و0.35 ديسيبل في نطاقات الطول الموجي 1.55 ميكرومتر و2.1 ميكرومتر على التوالي، في حين أن الموصلية الحرارية العالية ل YAG (~ 14 واط/م-ك) تخفف بشكل فعال من خطر التدهور الحراري ل YIG في أنظمة الليزر عالية الطاقة. ولتجاوز قيود العملية بشكل أكبر، خفض الباحثون درجة حرارة تلبيد YIG من 1450 درجة مئوية إلى 950 درجة مئوية عن طريق التطعيم ب Bi3+، وطوروا سيراميك Bi: YIG مع فقدان مغناطيسي حديدي منخفض (عرض خطي أقل من 200 Oersted (Oe))، وهو مناسب لتقنية الحرق المشترك في درجات الحرارة المنخفضة (LTCC)، مما يوفر مسارًا جديدًا لإنتاج أجهزة تدوير الموجات الدقيقة والأجهزة المغناطيسية البصرية. وبالإضافة إلى ذلك، تم ربط سيراميك الليزر المركب المتدرج متعدد الطبقات YAG/Nd: YAG عن طريق الضغط الحراري لتشكيل هيكل تبديد الحرارة المتدرج، مع زيادة كفاءة التحويل البصري إلى بصري إلى 19.85% وتقليل تأثير العدسة الحرارية بنسبة 50%، مما يجعله نموذجًا لتصميم تبديد الحرارة لأنظمة الليزر عالية الطاقة.

في حدود التكنولوجيا الكمومية والبصريات فائقة السرعة، تُظهر مركبات YAG/ YIG إمكانات تخريبية متعددة الأبعاد. إن تماسك الدوران الطويل لـ YIG، الذي يتميز بعامل التخميد α ≈ 10^-4، يجعله وسيطًا مثاليًا للواجهات الكمية. في مختبر أرغون الوطني، حقق الباحثون في مختبر أرغون الوطني اقتران فوتون مغناطيسي مغناطيسي-موجات دقيقة بين كرتين من YIG يفصل بينهما 1 سم. وقد تم تحقيق ذلك باستخدام دائرة فائقة التوصيل للتوسط في الاقتران، مما يتيح التشابك الكمي عن بعد على مسافة 1 سم. تضع هذه التطورات الأساس الفيزيائي للشبكات الكمية الموزعة. وفي الوقت نفسه، تكشف تقنية مسبار الضخ فائق السرعة عن الآلية المجهرية لانتقال الفونونات في واجهة YAG/YIG - على سبيل المثال، لوحظت تذبذبات دورية لتوزيع عدد الفوتونات في الكوارتز ألفا، مما يوفر الدعم النظري لتصميم أجهزة الموجات المغزلية التي يتم التحكم فيها بصرياً. ومن خلال استهداف التطبيقات في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، فإن الامتصاص المنخفض (α=0.053 سم^-1) والمعامل المغناطيسي البصري العالي لسيراميك YIG في نطاق 2.1 ميكرومتر، بالإضافة إلى خاصية مقاومة التلف في YAG، قد نجح في تحقيق التحوير المغناطيسي البصري لليزر النبضي بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة مع قدرة ذروة تزيد عن 10 جيجاواط، مما يفتح بعدًا جديدًا للتحليل الطيفي للبصمات الجزيئية وتوزيع المفاتيح الكمية.

ومع ذلك، لا يزال الإدراك العملي لمركبات YAG/YIG يواجه تحديات متعددة. يجب تحسين مشكلة الإجهاد البيني الناجم عن عدم تطابق الشبكة (ثابت الشبكة YAG 12.01 Å مقابل YIG 12.38 Å) وفرق التمدد الحراري (YAG ~ 8 × 10^-6/K مقابل YIG ~ 10 × 10^-6/K) بشكل عاجل عن طريق المنشطات المتدرجة أو تصميم الوصلة المتغايرة النانوية؛ ويتطلب تعزيز التماسك الكمي المزيد من التماسك الكمي كبح المذبذب المغناطيسي YIG. ولتعزيز التماسك الكمي بشكل أكبر، من الضروري كبح تشتت العيوب الشبكية في المذبذبات المغناطيسية YIG. يمكن تحقيق ذلك باستخدام بلورات مفردة فائقة النقاء أو عن طريق التغليف بدرجة حرارة منخفضة (أقل من 4K)، مما يمدد زمن التماسك المغزلي من النانو ثانية إلى الميكروثانية. بالإضافة إلى ذلك، يجب الجمع بين تقنيات التعديل التآزري التي تتضمن أشعة الليزر فائقة السرعة والتأثيرات المغناطيسية البصرية - مثل نبضات الفيمتو ثانية التي تحفز التحولات الطورية العابرة بين المغناطيسية الحديدية والكهرباء - مع التحليل في الوقت الحقيقي لديناميكيات انتشار الموجات المغزلية. وسيعزز هذا الدمج التكامل العميق بين الطوبولوجية المغناطيسية الطوبولوجية والسينترونيكيات المغناطيسية المتحكم بها بصرياً.

واستشرافًا للمستقبل، تعيد مركبات YAG/YIG تشكيل حدود الضوئيات المتكاملة والمعلومات الكمية والتكنولوجيا فائقة السرعة مع جوهر التآزر متعدد الأبعاد "الضوئي-المغناطيسي-الكيمياء" متعدد الأبعاد. من هندسة الواجهة على المستوى الذري إلى الاقتران الوظيفي للأجهزة العيانية الكبيرة، سيسرع هذا الاختراق من تحقيق الحوسبة الكمية الضوئية واتصالات الجيل السادس تيراهيرتز وأنظمة الاستشعار الذكية، وسيصبح حجر الزاوية لأجهزة اقتران المجال الفيزيائي المتعدد، مما يؤدي إلى تغيير نموذج تكنولوجيا المعلومات من الجيل التالي.

الشكل 9 العوازل الضوئية المتكاملة على الرقاقة

5 الخلاصة

يخترق البحث المركب من YAG و YIG، مع تآزر "الضوئية-المغناطيسية-الكانتوم" كنواة أساسية له، حدود أداء المواد الوظيفية التقليدية ويفتح نموذجاً جديداً لدمج الضوئيات المتكاملة والإلكترونيات المغناطيسية. ومن خلال التكامل غير المتجانس وتكنولوجيا الحرق المشترك في درجات الحرارة المنخفضة، أظهر الاثنان تحسينات تآزرية في الأداء في العوازل الضوئية وأنظمة الليزر عالية الطاقة وأجهزة الموجات الدقيقة؛ وكشفت استكشافات الواجهات الكمومية والتشكيل فائق السرعة وغيرها من التطبيقات المتطورة عن إمكاناتها التخريبية في الشبكات الكمومية الموزعة والتلاعب الجزيئي الدقيق. على الرغم من أن التحديات في هندسة الواجهات البينية وتعزيز التماسك الكمي لا يزال يتعين معالجتها، إلا أنه مع تقدم تكنولوجيا التحضير النانوي والتشكيل فائق السرعة، من المتوقع أن تصبح مركبات YAG/YIG الناقلات الأساسية للحوسبة الكمية الضوئية والاتصالات من الجيل السادس والاستشعار الذكي، مما يدفع الأجهزة متعددة الفيزياء من المختبر إلى التصنيع، ويعيد تشكيل البنية الأساسية لتكنولوجيا المعلومات المستقبلية.

قراءة ذات صلة:

دراسة حالة: كيف يقوم عقيق الألومنيوم الإيتربيوم المطعّم بالإيتربيوم بتشكيل ابتكارات البصريات

مقدمة ل 7 أنواع من مواد العقيق الاصطناعي

بلورات العقيق GGG مقابل GGAG مقابل TGG: تحليل مقارن

دور بلورات العقيق GGG وSGGG وNGG وNGG

عقيق الألومنيوم الإيتريوم الألومنيوم (YAG): من تكنولوجيا الليزر إلى التطبيقات المتنوعة للمواد الفلورية