铽镓石榴石（Tb3Ga5O12，TGG）在可见及近红外波段具有较高的Verdet常数、优异的光学性能、高的热导率和激光损伤阈值，广泛应用于光纤隔离器和高功率固体激光系统中。TGG单晶在制备过程中会产生氧化镓挥发等问题，难以获得大尺寸、高质量单晶，近日，物理与机电工程学院陈喆博士团队采用提拉法克服了晶体生长过程中面临的组分挥发、螺旋生长等难点，制备出了高质量Gd掺杂TGG磁光晶体并研究了其磁光特性，发现了Gd-Tb多顺磁离子在石榴石结构晶体中的巨法拉第效应。该工作发表在光学领域权威刊物Optics Letters上，论文题目为“Fabrication and characterization of a gadolinium-doped terbium gallium garnet crystal with an enhanced Verdet constant”。

传统研究认为在TGG晶体中磁光效应源于具有高磁光活性Tb3+离子4f-5d能级的跃迁，而其他顺磁稀土离子（Ce3+、Pr3+、Gd3+等）的磁光性能在TGG晶体中低于Tb3+。该团队制备的大尺寸Gd3+稀土离子掺杂TGG晶体中具有多磁性活性离子体系，尽管掺杂离子浓度很低，其晶体的核心指标常数（Verdet旋光常数）在405、533和1064 nm处分别达到583.0、230.1和50.3 rad/(Tm)，比纯TGG材料均有大幅度提高，是目前该波段综合性能较好的磁光晶体。同时，其高的磁光常数和短的紫外截止波长使其有望应用于宽波段磁光器件，对探索新型可见光-中红外磁光晶体材料具有参考价值。

该工作以吉首大学为第一完成单位，与中科院上海光机所、上海硅酸盐研究所、俄罗斯应用物理研究所、日本国立聚变科学研究所（NIFS）进行了多方合作，得到了国家自然科学基金项目（NO. 51902128）、湖南省教育厅优秀青年基金（NO. 19B461）的资助。

论文链接：https://opg.optica.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-47-9-2270&origin=search