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イプシロンニアゼロ材料における非線形磁気光学

Research Project

Project/Area Number 22K18989
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

太田 泰友  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (90624528)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小林 伸聖  公益財団法人電磁材料研究所, その他部局等, 研究員 (70205475)
Project Period (FY) 2022-06-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Keywords磁気光学 / イプシロンニアゼロ光学 / トポロジカルフォトニクス / 非線形光学 / イプシロンニアゼロ材料
Outline of Research at the Start

本研究では、誘電率εがゼロ近傍に制御可能なEpsilon Near Zero材料を舞台に、磁気光学効果そのもの非線形応答の探求を行う。さらに、この新しい非線形磁気光学効果についてトポロジカルフォトニクスへの応用を検討し、新奇磁気光学デバイス創出に挑戦する。本研究は、 ともすればマイナーと見られていた非線形磁気光学効果を、デバイス技術へも応用可能なメジャーな効果へと変革し、非線形磁気光学の分野に新しい方向性をもたらすものである。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、イプシロンニアゼロ(ENZ)特性を示す酸化インジウムスズ(ITO)を舞台に、磁気光学(MO)効果の非線形光学応答の観測とその応用を検討するものである。研究二年度目においては、まずガラス基板上のITO膜の高品質化を図った。アニール温度やチャンバー雰囲気を制御することで、光学損失が小さくかつENZ波長が近赤外域において一層短波長化したITOを実現することに成功した。一方、さらなる低損失化と強いMO効果との両立を目指してナノグラニュラ材料によるMO層とENZ効果を発現するためのITO層の積層構造の検討も行った。鉄コバルトナノグラニュラを中心に検討し、ITOとの積層構造を作製することに成功した。また同膜の光学評価を行い、MO効果の発現を確認した。また、適切な光学コントラストを得るためにITO薄膜の転写技術構築にも取り組んだ。ガラス上のITOをリソグラフィーで断片化し、ガラスをフッ酸で選択除去することでITOの中空薄膜を作製した。同薄膜を転写プリント法で別種のガラス上に転写することに成功した。歪みによるITO膜の変形が見られたものの、貼り付け基板側を適切に処理することで平坦化できることが分かった。逆にITO上への半導体フォトニック結晶の転写技術の開発にも取り組んだ。ITO表面に荒れが見られたものの、転写集積することに成功した。さらには、MO効果を取り込んだフォトニック結晶の数値計算についても引き続き取り組んだ。フォトニック結晶のガイドモード共鳴を活用して光閉じ込めを行うことで、MO効果を大幅に増強できることが分かった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

実験に用いる高品質なITO薄膜の成膜に成功し、MOフォトニック結晶の設計も順調に進んだ。また新たな研究展開へと繋がるITO薄膜の転写にも成功した。ただ、MO分光実験には遅れがみられる。これらの状況を鑑みて、概ね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

今後は近赤外波長域においてITO薄膜の分光評価実験を進めるとともに、転写可能なITO薄膜という新しい技術を生かした新奇光デバイスの検討を行う。加えて、ENZ-MO多層膜の作製及び検討を進め、同材料のMO分光実験を進める。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Optimizing the optical and magneto-optical response of all-dielectric metasurfaces with tilted side walls2023

    • Author(s)
      Siyuan Gao, Yasutomo Ota, Feng Tian, Tianji Liu, and Satoshi Iwamoto
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 31 Issue: 9 Pages: 13672-13682

    • DOI

      10.1364/oe.480415

    • Related Report
      2023 Research-status Report 2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Faraday rotator based on a silicon photonic crystal slab on a bismuth-substituted yttrium iron garnet thin film2023

    • Author(s)
      Gao Siyuan、Ota Yasutomo、Liu Tianji、Tian Feng、Iwamoto Satoshi
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 16 Issue: 7 Pages: 072003-072003

    • DOI

      10.35848/1882-0786/acdc81

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhanced Magneto‐Optical Effects in Epsilon‐Near‐Zero Indium Tin Oxide at Telecommunication Wavelengths2023

    • Author(s)
      Ikeda Kenji、Liu Tianji、Ota Yasutomo、Kobayashi Nobukiyo、Iwamoto Satoshi
    • Journal Title

      Advanced Optical Materials

      Volume: 12 Issue: 2 Pages: 2301320-2301320

    • DOI

      10.1002/adom.202301320

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 磁気光学薄膜上における BIC モード光導波路の作製と光学評価2024

    • Author(s)
      楢崎 雄大, 高 思源, 谷村 優太, 北井 達也, 谷口 公太, 原田 直, 岩本 敏, 太田 泰友
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会, 24p-11F-14, 東京都市大学 世田谷キャンパス (2024.03)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] イットリウム鉄ガーネットを用いたフォトニック結晶ナノ共振器の作製2024

    • Author(s)
      谷口 公太, 北井 達也, 山家 健, 高 思源, 岩本 敏, 太田 泰友
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会, 24p-11F-12, 東京都市大学 世田谷キャンパス (2024.03)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Ultrathin magneto-optical devices based on all-dielectric metasurfaces2023

    • Author(s)
      Y. Ota, S. Gao and S. Iwamoto
    • Organizer
      META2023, 2A41, Paris France, July. 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Magneto-optical metasurfaces exhibiting large Faraday rotation angles2023

    • Author(s)
      Y. Ota
    • Organizer
      Optics and Photonics Congress 2023 (OPC 2023), W3B-X.01, Jeju Korea, Aug. 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 磁気光学薄膜上におけるBICモードを用いたスローライト導波路の検討2023

    • Author(s)
      谷村優太、楢崎雄大、北井達也、高思源、岩本敏、太田泰友
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会, 22p-A309-8, 熊本城ホール(2023.9)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 巨大なファラデー回転を示すハイブリッド Si-Bi:YIG メタサーフェスの設計2023

    • Author(s)
      高 思源、太田泰友、リュウ天際、田 豊、岩本 敏
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会, 23p-A309-6, 熊本城ホール(2023.9)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Design of an Ultra-thin Faraday Rotator based on a Magneto-Photonic Crystal2023

    • Author(s)
      S. Gao, Y. Ota and S. Iwamoto
    • Organizer
      The 13th International Symposium on Photonic and Electromagnetic Crystal Structures (PECS-XIII)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Design of an All-dielectric Magneto-optical Metasurface with Giant Faraday Effect and High Light Transmission2022

    • Author(s)
      Siyuan Gao, Yasutomo Ota, Tianji Liu, Satoshi Iwamoto
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics/Pacific Rim
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] イプシロンニアゼロ特性を示すCo-ITOナノグラニュ ラー薄膜の磁気光学効果2022

    • Author(s)
      池田 賢司, リュウ 天際, 太田 泰友, 岩本 敏, 小林 伸聖
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Design of a Magneto-Photonic Crystal Exhibiting a Giant Faraday Rotation2022

    • Author(s)
      S. Gao, Y. Ota and S. Iwamoto
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] CoFe2O4-フッ化物系ナノグラニュラー膜のファラデー効果2022

    • Author(s)
      小林伸聖,岩佐忠義,池田賢司,荒井賢一
    • Organizer
      第46回日本磁気学会学術講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-07-05   Modified: 2024-12-25  

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