Magneto-plasmonics on perpendicular magnetic nanostructures for chemical and biological sensing applications

• Project/Area Number: 26390091
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Optical engineering, Photon science
• Research Institution: Akita Industrial Technology Center
• Principal Investigator: Yamane Haruki 秋田県産業技術センター, 電子光応用開発部, 上席研究員 (80370237)
• Research Collaborator: Kobayashi Masanobu ; Takeda Keisuke
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2016: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2015: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2014: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 磁気光学 / 磁性プラズモニクス / バイオ化学センサ / プラズモン / 垂直磁気 / 磁性ナノ構造 / 先端機能デバイス / 光物性

Outline of Final Research Achievements

Magneto-optical (MO) properties of perpendicular magnetic nanostructures were investigated for chemical and biological sensing applications under polar Kerr measurement conditions. Magnetic stacked films with a MO cavity effect indicated a giant Kerr rotation angle of approximately 20 degrees. The films were desirable in chemical sensing applications because the MO cavity was sensitive to the optical conditions of the film surface. The films with Pd surface layer displayed a distinct MO response to hydrogen gas at ambient temperature in real time. Moreover, the magnetic nanostructures with noble metal fine grains exhibited a polarization reversal on Kerr rotation. The Kerr loop of the nanostructures depended on the external environment also. These MO behaviors on the nanostructures are attributed to the influence of localized surface plasmon polaritons excited at the noble metal fine grains.

Research Products

• [Journal Article] Magneto-Optical Enhancement and Chemical Sensing Applications of Perpendicular Magnetic CoPt/Ag Stacked Structures with a ZnO Intermediate Layer (2016)
  • Author(s): H. Yamane, K. Takeda, M. Kobayashi
  • Journal Title: MATERIALS TRANSACTIONS Volume: 57 Issue: 6 Pages: 892-897
  • DOI: 10.2320/matertrans.M2015395
  • NAID: 130005153175
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Magneto-optical cavity effect on perpendicular magnetic multilayers for hydrogen gas sensing application (2016)
  • Author(s): H. Yamane, Y. Yamasaki, K. Sumiyoshi, K. Shigemura
  • Journal Title: Digest of the 29th International Microprocesses and Nanotechnology Conference Volume: 29th
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Magneto-Optical Enhancement and Chemical Sensing Applications of Perpendicular Magnetic CoPt/Ag Stacked Structures with a ZnO Intermediate Layer (2016)
  • Author(s): H. Yamane, K. Takeda, M. Kobayashi
  • Journal Title: Materials Transactions, The Japan Institute of Metals Volume: 57 Pages: 0-0
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Magneto-plasmonics on perpendicular magnetic CoPt nanostructures formed by surface agglomeration of Ag and Au (2015)
  • Author(s): H. Yamane, K. Takeda, M. Kobayashi
  • Journal Title: Digest of the 28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference Volume: 28th
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fabrication and magneto-optical properties of perpendicular magnetic CoPt nanostructures formed by surface agglomeration of Ag (2015)
  • Author(s): H. Yamane, K. Takeda, M. Kobayashi
  • Journal Title: Japanease Journal of Applied Physics Volume: 54 Issue: 6S1 Pages: 06FJ09-06FJ09
  • DOI: 10.7567/jjap.54.06fj09
  • NAID: 210000145268
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Magneto-plasmonics on perpendicular magnetic CoPt-Ag nanostructures with ZnO intermediate thin layers (2015)
  • Author(s): H. Yamane, K. Takeda, M. Kobayashi
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 106 Issue: 5
  • DOI: 10.1063/1.4907753
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fabrication and magneto-optical properties of perpendicular magnetic CoPt nanostructures formed by surface agglomeration of Ag (2014)
  • Author(s): H. Yamane, K. Takeda, M. Kobayashi
  • Journal Title: Digest of International Microprocesses and Nanotechnology Conference Volume: 27th
  • NAID: 210000145268
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] CoPt多層膜の垂直磁気特性における表面処理の影響 (2017)
  • Author(s): 伊佐地育圭, 武田啓輔, 山根治起, 小林政信
  • Organizer: 2017年春期日本金属学会講演大会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] [CoPt/AZO/Ag]積層膜の垂直磁気特性と膜構造 (2017)
  • Author(s): 山根治起, 伊佐地育圭, 武田啓輔, 小林政信
  • Organizer: 2017年応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2017-03-14
• [Presentation] 下地層(Ru,Au)の違いによるCoPtの垂直磁気異方性への影響 (2016)
  • Author(s): 野中一輝, 武田啓輔, 伊佐地育圭, 天童作, 山根治起, 小林政信
  • Organizer: 第26回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 開港記念会館（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-12-21
• [Presentation] Au/CoPt/AZO/Ag/多層膜における保護層と中間層が垂直磁気特性へ及ぼす影響 (2016)
  • Author(s): 猪俣忠明, 武田啓輔, 伊佐地育圭, 天童作, 山根治起, 小林政信
  • Organizer: 第26回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 開港記念会館（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-12-21
• [Presentation] Au下地層におけるCoPtの磁気特性 (2016)
  • Author(s): 伊佐地育圭, 武田啓輔, 山根治起, 小林政信
  • Organizer: 第26回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 開港記念会館（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-12-21
• [Presentation] Ru下地層としたCoPt薄膜の保護層による影響 (2016)
  • Author(s): 武田啓輔, 伊佐地育圭, 小林政信, 山根治起
  • Organizer: 第26回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 開港記念会館（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-12-21
• [Presentation] CoPt磁性薄膜の磁気特性 (2016)
  • Author(s): 天童作, 武田啓輔, 伊佐地育圭, 山根治起, 小林政信
  • Organizer: 第26回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 開港記念会館（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-12-21
• [Presentation] CoPtの磁気特性への下地層の影響 (2016)
  • Author(s): 伊佐地育圭, 武田啓輔, 小林政信, 山根治起
  • Organizer: 第15回本金属学会東北支部研究発表大会
  • Place of Presentation: 秋田大学（秋田県秋田市）
  • Year and Date: 2016-11-25
• [Presentation] Magneto-optical cavity effect on perpendicular magnetic multilayers for hydrogen gas sensing application (2016)
  • Author(s): H. Yamane, Y. Yamasaki, K. Sumiyoshi, K. Shigemura
  • Organizer: The 29th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • Place of Presentation: ANAクラウンプラザホテル（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-11-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CoPt-AgおよびCoPt-Au垂直磁化ナノ構造体の磁気光学特性 (2016)
  • Author(s): 山根治起, 伊佐地育圭, 武田啓輔, 小林政信
  • Organizer: 2016年秋期日本金属学会講演大会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] Auを下地層とした場合のCoPt膜の磁気特性 (2016)
  • Author(s): 伊佐地育圭, 武田啓輔, 山根治起, 小林政信
  • Organizer: 2016年秋期日本金属学会講演大会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] Ru下地層としたCoPt薄膜の保護層による影響 (2016)
  • Author(s): 武田啓輔, 伊佐地育圭, 小林政信, 山根治起
  • Organizer: 2016年秋期日本金属学会講演大会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] CoPt薄膜の磁気特性に対するAZO保護膜の影響 (2016)
  • Author(s): 天童作, 武田啓輔, 伊佐地育圭, 小林政信, 山根治起
  • Organizer: 2016年秋期日本金属学会講演大会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] 下地層(Ru,Au)の違いによるCoPtの垂直磁気異方性への影響 (2016)
  • Author(s): 野中一輝, 武田啓輔, 伊佐地育圭, 天童作, 山根治起, 小林政信
  • Organizer: 2016年秋期日本金属学会講演大会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] Au/CoPt/AZO/Ag/多層膜における保護層と中間層が垂直磁気特性へ及ぼす影響 (2016)
  • Author(s): 猪俣忠明, 武田啓輔, 伊佐地育圭, 天童作, 山根治起, 小林政信
  • Organizer: 2016年秋期日本金属学会講演大会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] 磁性積層膜における磁気光学キャビティ効果を利用した水素ガスセンサの開発 (2016)
  • Author(s): 山根治起, 山崎裕, 住吉研, 重村幸治
  • Organizer: 2016年秋季応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] Magneto-optical enhancement and chemical sensing applications of perpendicular magnetic CoPt/Ag stacked structures with a ZnO intermediate layer (2016)
  • Author(s): K. Takeda, H. Yamane, M. Kobayashi
  • Organizer: The 9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-08-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CoPt薄膜の磁気特性に対するAZOの影響 (2016)
  • Author(s): 天童作, 武田啓輔, 伊佐地育圭, 小林政信, 山根治起
  • Organizer: 2016年春期日本金属学会講演大会
  • Place of Presentation: 東京理科大学（東京都・葛飾区）
  • Year and Date: 2016-03-23
• [Presentation] 熱処理によるAg/ZnOナノ構造の変化 (2015)
  • Author(s): 武田啓輔, 小林政信, 山根治起
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 産業貿易センタービル（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2015-12-09
• [Presentation] Magneto-plasmonics on perpendicular magnetic CoPt nanostructures formed by surface agglomeration of Ag and Au (2015)
  • Author(s): H. Yamane, K. Takeda, M. Kobayashi
  • Organizer: 28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • Place of Presentation: 富山国際会議場（富山県・富山市）
  • Year and Date: 2015-11-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] AgおよびAuの凝集現象により作製したCoPt垂直磁化ナノ構造体の磁気光学特性 (2015)
  • Author(s): 山根治起, 武田啓輔, 小林政信
  • Organizer: 2015年秋期日本金属学会講演大会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] 熱処理によるAg/ZnOナノ構造の変化 (2015)
  • Author(s): 武田啓輔, 山根治起, 小林政信
  • Organizer: 2015年秋期日本金属学会講演大会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] CoPt-Ag垂直磁化ナノ構造体の磁気光学特性 (2015)
  • Author(s): 山根治起、武田啓輔、小林政信
  • Organizer: 日本金属学会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2015-03-18
• [Presentation] Agの表面凝集によって形成されたCoPtナノ構造薄膜の磁気・光学特性 (2014)
  • Author(s): 武田啓輔、天童作、小林政信、山根治起
  • Organizer: 日本MRS
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-12-10
• [Presentation] Fabrication and magneto-optical properties of perpendicular magnetic CoPt nanostructures formed by surface agglomeration of Ag (2014)
  • Author(s): H. Yamane, K. Takeda, M. Kobayashi
  • Organizer: マイクロプロセス・ナノテクノロジー国際会議
  • Place of Presentation: ヒルトン福岡シーホーク（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2014-11-06
• [Presentation] [CoPt/AZO/Ag]積層膜の磁気光学特性と化学センサへの応用 (2014)
  • Author(s): 山根治起、小林政信
  • Organizer: 応用物理学会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-18
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光検知式水素ガスセンサ (2016)
  • Inventor(s): 山根治起、高橋慎吾、山崎裕
  • Industrial Property Rights Holder: 山根治起、高橋慎吾、山崎裕
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-055934
  • Filing Date: 2016-03-18
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光学式化学センサ (2014)
  • Inventor(s): 山根治起
  • Industrial Property Rights Holder: 山根治起
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2014-179031
  • Filing Date: 2014-09-03