マルチフェロイックフォトニック結晶の創成と光機能デバイスへの応用

• Project/Area Number: 13J08942
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Nanostructural science
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 磯谷 亮介 豊橋技術科学大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 磁性フォトニック結晶 / 磁気ホログラム / 光学計算 / ナノ構造体 / 光学多層膜 / 薄膜 / テスト磁性フォトニック結晶 / 磁性フォトニーック結晶 / マイクロキャビティ / 磁気光学変調器 / 磁気光学膜 / 電気光学膜

Outline of Annual Research Achievements

マルチフェロイックフォトニック結晶（EMO構造）は，高速に光の全状態（強度・偏光・位相）を低電圧で変調できることが理論的に示されている．本年度は，昨今の3D技術や医療技術の発展で重要性が再認識されているデータストレージ技術への展開に重点を置き，本研究課題で応用例として挙げた磁気ホログラフィックメモリへの適用を目指して，磁気を用いた高速大容量のデータストレージ技術へとつなげることを目標とした．
初年度、基礎的検討を行った磁性フォトニック結晶（MPC）媒体について，本年度はより詳細な検討を行い，ディジタル情報を記録・再生する実験を行った．一軸で光の干渉を実現するコリニア光学系を構築し，MPC媒体へ磁気ホログラムの記録・再生実験を行ったところ，再生像のコントラスト比が従来の2倍向上し，MPC構造を取り入れることにより信号強度を向上させることができた．
また磁気ホログラム媒体の課題の一つに，記録光照射によって生じる過剰な熱が拡散し，磁気干渉縞が変形する課題があったため，媒体中の熱拡散を制御するナノ積層構造に関して積極的に検討を行った．具体的にはMPC媒体中での熱拡散を制御する，透明な異種材料層（熱拡散層）を導入することにより本課題の解決を試み，適切な多層膜構造を適用することで，過剰に発生した熱を熱拡散層に拡散させ，磁気干渉縞の変形を抑制でき，回折効率を向上できた．
本年度は，本研究課題の最終年度として，EMO構造の応用先である磁気ホログラムに大きく踏み込んで研究を遂行した．これまでに得られた構造を制御した光学媒体に関する知見を積極的に活用し，ナノ構造を取り入れることで磁気ホログラム媒体の種々の課題の解決に成功した．EMO構造自体に関する成果もさることながら，その過程で探究したMPC構造や熱拡散層の考えや設計方針は，これからの多機能光学媒体の研究開発に大きく寄与することが期待される．

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Thermomagnetic writing into magnetophotonic microcavities controlling thermal diffusion for volumetric magnetic holography (2016)
  • Author(s): Ryosuke Isogai, Yuichi Nakamura, Hiroyuki Takagi, Taichi Goto, Pang Boey Lim and Mitsuteru Inoue
  • Journal Title: Optics Express Volume: 24 Issue: 1 Pages: 522-527
  • DOI: 10.1364/oe.24.000522
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Collinear volumetric magnetic holography with magnetophotonic microcavities (2015)
  • Author(s): Ryosuke Isogai, Shota Suzuki, Kazuki Nakamura, Yuichi Nakamura, Hiroyuki Takagi, Taichi Goto, Pang Boey Lim and Mitsuteru Inoue
  • Journal Title: Opt. Express Volume: 23 Issue: 10 Pages: 13153-13158
  • DOI: 10.1364/oe.23.013153
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effect of Structure and Properties of Magnetic Material on Diffraction Efficiency of Magnetophotonic Crystal Media for Magnetic Volumetric Holography (2015)
  • Author(s): Ryosuke Isogai, Taichi Goto, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Pang Boey Lim, and Mitsuteru Inoue
  • Journal Title: Journal of the Magnetics Society of Japan Volume: 39 Issue: 2 Pages: 33-36
  • DOI: 10.3379/msjmag.1503R001
  • NAID: 130004951243
  • ISSN: 1882-2924, 1882-2932
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Diffraction Efficiency of Volumetric Magnetic Holograms with Magnetophotonic Crystals (2014)
  • Author(s): Ryosuke Isogai, Naoto Sagara, Taichi Goto, Yuichi Nakamura, Pang Boey Lim, and Mitsuteru Inoue
  • Journal Title: Journal of the Magnetics Society of Japan Volume: 38 Issue: 3-2 Pages: 119-122
  • DOI: 10.3379/msjmag.1402R014
  • NAID: 130004502882
  • ISSN: 1882-2924, 1882-2932
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Diffraction Efficiency of Volumetric Magnetic Holograms with Magnetophotonic Crystals (2014)
  • Author(s): Ryosuke Isogai, Naoto Sagara, Taichi Goto, Yuichi Nakamura, Pang Boey Lim, Mitsuteru Inoue
  • Journal Title: Journal of Magnetic Society of Japan Volume: 38 Pages: 119-122
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Para-magneto- and electro-optic microcavities for blue wavelength modulation (2013)
  • Author(s): Taichi Goto, Ryosuke Isogai, M. Inoue
  • Journal Title: Optics Express Volume: 21 Issue: 17 Pages: 19648-19656
  • DOI: 10.1364/oe.21.019648
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Volumetric Holographic Media with Magnetic Artificial Lattices Controlling Optical and Thermal Phenomena (2015)
  • Author(s): Ryosuke Isogai, Shota Suzuki, Taichi Goto, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Pang Boey Lim, Mitsuteru Inoue
  • Organizer: International Workshop on Holography and related technologies (IWH2015)
  • Place of Presentation: Okinawa, Japan
  • Year and Date: 2015-12-03
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] OPTICAL AND MAGNETO-OPTICAL RESPONSES ON PLASMONIC COMPOSITE STRUCTURES WITH SQUARELY ARRANGED GOLD PARTICLES AND MAGNETIC GARNET (2015)
  • Author(s): Hironaga Uchida, Keisuke Ooki, Haruhiko Sato, Shin Saito, Yusuke Mizutani, Ryosuke Isogai, Mitsuteru Inoue
  • Organizer: Magnetics and Optics Research International Symposium (MORIS 2015)
  • Place of Presentation: Penang, Malaysia
  • Year and Date: 2015-11-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DESIGN OF MAGNETOPHOTONIC CRYSTAL WITH HEAT-DIFFUSIVE LAYERS FOR WELL-DEFINED MAGNETIC FRINGE FORMATION (2015)
  • Author(s): Ryosuke Isogai, Shota Suzuki, Kodai Kawazu, Taichi Goto, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Pang Boey Lim, Mitsuteru Inoue
  • Organizer: Magnetics and Optics Research International Symposium (MORIS 2015)
  • Place of Presentation: Penang, Malaysia
  • Year and Date: 2015-11-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Au/Bi:YIG周期構造体の光学および磁気光学応答 (2015)
  • Author(s): 内田裕久，大木敬介，佐藤春彦，磯谷亮介，斉藤伸，井上光輝
  • Organizer: 第39回 日本磁気学会学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-09-08
• [Presentation] 熱吸収層を導入した磁性フォトニック結晶への体積熱磁気記録 (2015)
  • Author(s): 磯谷亮介, 鈴木章太, 河津航大, 後藤太一, 高木宏幸, 中村雄一, Lim Pang Boey, 井上光輝
  • Organizer: 第39回 日本磁気学会学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-09-08
• [Presentation] FTDT法によるAu/Bi:YIG周期構造体における透過率スペクトルと電界分布の検討 (2015)
  • Author(s): 大木敬介, 佐藤春彦, 磯谷亮介, 斉藤伸, 内田裕久, 井上光輝
  • Organizer: IEEJ マグネティックス研究会
  • Place of Presentation: 長岡
  • Year and Date: 2015-08-05
• [Presentation] スピン波演算器実現にむけた薄膜イットリウム鉄ガーネットを用いたスピン波励起 (2015)
  • Author(s): 坂野瑛彦, 後藤太一, 熊岡史哉, 古田大貴, 金澤直輝, 森本凌平, 磯谷亮介, オンバスリメメット, 高木宏幸, 中村雄一, 関口康爾, ロスキャロライン, 井上光輝
  • Organizer: IEEJ マグネティックス研究会
  • Place of Presentation: 長岡
  • Year and Date: 2015-08-05
• [Presentation] Improvement of Diffraction Efficiency of Volumetric Magnetic Hologram with Designed Alumina Multilayer in Magnetophotonic Crystal Media (2015)
  • Author(s): Shota Suzuki, Ryosuke Isogai, Taichi Goto, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Pang Boey Lim, Mitsuteru Inoue
  • Organizer: International Symposium on Optical Memory 2015 (ISOM 2015)
  • Place of Presentation: Toyama, Japan
  • Year and Date: 2015-06-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of Recording Efficiency in Binary Holography (2015)
  • Author(s): Ryosuke Isogai, Taichi Goto, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Pang Boey Lim, Mitsuteru Inoue
  • Organizer: International Symposium on Optical Memory 2015 (ISOM 2015)
  • Place of Presentation: Toyama, Japan
  • Year and Date: 2015-06-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] コリニア体積磁気ホログラムメモリの記録条件の検討 (2015)
  • Author(s): 鈴木 章太, 磯谷 亮介, 小林 完, 後藤 太一, 高木 宏幸, 中村 雄一, Lim Pang Boey, 井上 光輝
  • Organizer: IEEJ マグネティックス研究会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-03-06
• [Presentation] 磁性ガーネットを用いたレーストラック型オンチップ光アイソレータの開発 (2015)
  • Author(s): 後藤 太一, 吉本 拓也, 森本 凌平, Xue Yin Sun, 磯谷 亮介, 高木 宏幸, 中村 雄一, Lim Pang Boey, Caroline A. Ross, 井上 光輝
  • Organizer: IEEJ マグネティックス研究会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-03-06
• [Presentation] 磁性ガーネット／アルミナ多層膜を用いた体積磁気ホログラムの回折効率に関する研究 (2015)
  • Author(s): 小林 完, 磯谷 亮介, 後藤 太一, 高木 宏幸, 中村 雄一, Lim Pang Boey, 井上 光輝
  • Organizer: IEEE Magnetic Society 名古屋支部若手研究会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-02-03
• [Presentation] Fabrication of Cerium Substituted Yttrium Iron Garnets on Dielectric Mirrors Using Sputtering and Vacuum Annealing (2014)
  • Author(s): Taichi Goto, Takuya Yoshimoto, Ryosuke Isogai, Mehmet C. Onbasli, Caroline A. Ross, Hiroyuki Takagi, Pang Boey Lim, Yuichi Nakamura, and Mitsuteru Inoue
  • Organizer: IGNITE 2014
  • Place of Presentation: Penang, Malaysia
  • Year and Date: 2014-12-15
• [Presentation] Enhanced Diffraction Efficiency of Magnetic Holograms in Magnetophotonic Microcavity Structures with Iron-garnet/alumina Multilayer Film as Defect (2014)
  • Author(s): Ryosuke Isogai, Kan Kobayashi, Taichi Goto, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Pang Boey Lim, and Mitsuteru Inoue
  • Organizer: MMM 2014
  • Place of Presentation: Honolulu, USA
  • Year and Date: 2014-11-04
• [Presentation] Enhanced Diffraction Efficiency of Magnetic Volumetric Hologram in Magnetic Garnet/Alumina Multilayer Structure (2014)
  • Author(s): Kan Kobayashi, Ryosuke Isogai, Shota Suzuki, Taichi Goto, Hiroyuki Takagi, Pang Boey Lim, Yuichi Nakamura, and Mitsuteru Inoue
  • Organizer: ICAUMS 2014
  • Place of Presentation: Haikou, China
  • Year and Date: 2014-10-30
• [Presentation] Diffraction Efficiency of Magnetophotonic Crystal Media in Volumetric Magnetic Holography (2014)
  • Author(s): Ryosuke Isogai, Kan Kobayashi, Taichi Goto, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Pang Boey Lim, and Mitsuteru Inoue
  • Organizer: ISOM 2014
  • Place of Presentation: Hsinchu, Taiwan
  • Year and Date: 2014-10-22
• [Presentation] 磁性ガーネット／アルミナ多層膜構造による体積磁気ホログラムの回折効率改善 (2014)
  • Author(s): 小林 完, 磯谷 亮介, 後藤 太一, 高木 宏幸, 林 攀梅, 中村 雄一, 井上光輝
  • Organizer: 電気情報通信学会 電子部品・材料研究会（CPM）
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-10-08
• [Presentation] 真空熱処理法を用いた誘電体ミラー上セリウム置換イットリウム鉄ガーネットの形成 (2014)
  • Author(s): 吉本 拓也, 後藤 太一, 金澤 直樹, 磯谷 亮介, 高木 宏幸, 中村 雄一, Caroline A. Ross,井上光輝
  • Organizer: 電気情報通信学会 電子部品・材料研究会（CPM）
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-10-08
• [Presentation] 磁性フォトニック結晶を用いた体積磁気ホログラムの回折効率 (2014)
  • Author(s): 磯谷 亮介, 小林 完, 鈴木 章太, 後藤 太一, 高木 宏幸, 中村 雄一, 林 攀梅, 井上 光輝
  • Organizer: 第38回 日本磁気学会学術講演会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-09-02
• [Presentation] 磁性ガーネット／アルミナ多層膜構造の磁気ホログラム回折効率 (2014)
  • Author(s): 小林 完, 磯谷 亮介, 鈴木 章太, 後藤 太一, 高木 宏幸, 林 攀梅, 中村 雄一, 井上光輝
  • Organizer: 第38回 日本磁気学会学術講演会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-09-02
• [Presentation] 磁性多層膜を用いた磁気ホログラム再生像の改善 (2014)
  • Author(s): 鈴木 章太, 磯谷 亮介, 小林 完, 後藤 太一, 高木 宏幸, 中村 雄一, Pang Boey Lim, 井上 光輝
  • Organizer: IEEJ マグネティックス研究会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2014-08-05
• [Presentation] Volumetric Magnetic Hologram Media using Ferromagnetic Garnet-based Magnetophotonic Crystals (2014)
  • Author(s): Ryosuke Isogai, Kan Kobayashi, Taichi Goto, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Pang Boey Lim, and Mitsuteru Inoue
  • Organizer: MISM-2014
  • Place of Presentation: Moscow, Russia
  • Year and Date: 2014-07-02
• [Presentation] 磁性ガーネット多層構造膜の体積磁気ホログラムの記録・再生特性 (2014)
  • Author(s): 磯谷 亮介, 鈴木 章太, 小林 完, 中村 和樹, 後藤 太一, 高木 宏幸, 中村 雄一, Pang Boey Lim, 井上 光輝
  • Organizer: 第19回ボリュームホログラフィック技術研究グループ研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-05-21
• [Presentation] Magneto-optic Volumetric Collinear Holography with Magentophotonic Crystals (2014)
  • Author(s): Ryosuke Isogai, Shota Suzuki, Kazuki Nakamura, Naoto Sagara, Taichi Goto, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Pang Boey Lim, and Mitsuteru Inoue
  • Organizer: Intermag 2014
  • Place of Presentation: Dresden, Germany
  • Year and Date: 2014-05-05
• [Presentation] 磁性フォトニック結晶を用いた体積磁気ホログラム (2014)
  • Author(s): 磯谷亮介, 鈴木章太, 相良尚人, 中村和樹, 後藤太一, 高木宏幸, 中村雄二, Lim Pang Boey, 井上 光輝
  • Organizer: 電気学会マグネティックス研究会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2014-03-07
• [Presentation] 磁性フォトニック結晶を用いた体積磁気ホログラム媒体の基礎検討 (2014)
  • Author(s): 磯谷亮介, 相良尚人, 後藤太一, 高木宏幸, 中村雄一, Lim Pang Boey, 井上光輝
  • Organizer: IEEE Magnetics Society名古屋支部・若手研究会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2014-02-07
• [Presentation] Improvement of diffraction efficiency of Volumetric Magnetic Holograms with Magnetophotonic Crystals (2013)
  • Author(s): Ryosuke Isogai, Naoto Sagara, Taichi Goto, Yuichi Nakamura, Pane Boey Lim. Mitsuteru Inoue
  • Organizer: MORIS 2013
  • Place of Presentation: Omiya, Japan
  • Year and Date: 2013-12-04
• [Presentation] 磁性ガーネット複合膜を用いた体積磁気ホログラムの回折効率向上に関する研究 (2013)
  • Author(s): 磯谷亮介, 相良尚人, 後藤太一, 中村雄一, 林攀梅, 井上光輝
  • Organizer: 日本電子材料技術協会 第50回秋期講演大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2013-11-08
• [Presentation] Double Layered Magnetic Garnet Media for Volumetric Holograms (2013)
  • Author(s): R. Isogai, N. Sagara, K. Kobayashi, T. Goto, H. Takagi, Y. Nakamura, P. B. Lim, M. Inoue
  • Organizer: The Irago Conference 2013
  • Place of Presentation: Tahara, Aichi
  • Year and Date: 2013-10-25
• [Presentation] 積層構造を導入した磁性ガーネット媒体を用いた体積磁気ホログラムの回折効率向上 (2013)
  • Author(s): 磯谷亮介, 相良尚人, 小林完, 高木宏幸, 中村雄一, 林攀梅, 井上光輝
  • Organizer: 電子部品・材料研究会(CPM)
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2013-10-08
• [Presentation] 常磁性材料を用いた電圧制御型非相反光変調の基礎特性 (2013)
  • Author(s): R. Isogai, A. M. Grishin, S. I. Kh artsev, T. Goto, H. Takagi, M. Inoue
  • Organizer: 日本磁気学術講演会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2013-09-04
• [Presentation] 常磁性体を用いた磁気光学-電気光学マイクロキャビティの形成 (2013)
  • Author(s): 磯谷亮介, A. M. Grishin, S. I, Khartsev, 後藤太一, 高木宏幸, 井上光輝
  • Organizer: 電気学会マグネティックス研究会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2013-06-13
• [Remarks] L.A.S.E.R. (Inoue Lab.) - Spin Electronics Group
  • URL: http://www.spin.ee.tut.ac.jp/research.html
• [Remarks] スピン・エレクトロニクスグループ ホームページ
  • URL: http://www.spin.ee.tut.ac.jp/research-magholo.html