1998 Fiscal Year Annual Research Report
光局在化による磁気光学ファラデー効果の巨大エンハンスメントとその応用
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09650356
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
井上 光輝 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (90159997)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阿部 正紀 東京工業大学, 工学部, 教授 (70016624)
藤井 嘉崇 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (90023168)
荒井 賢一 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (40006268)
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| Keywords | 磁気光学効果 / 多層膜 / 光局在 |
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| Research Abstract |
光局在効果による磁気光学効果の巨大エンハンスメントについて研究計画書に基づき以下の研究を行なった.
(1) 光局在効果による磁気光学効果の巨大エンハンスメント機構
厳密な理論計算を行ない,光局在に伴う磁気光学効果のエンハンスメントが,磁性体中の固有モード光である左右の円偏波光の局在波長がわずかに異なることに起因することを見出した.またこの数値計算結果は、モード結合理論によって解析的に記述可能であることを見出した。この知見に基づき,最も強い光局在状態が生じる多層膜構造を探査し,マイクロキャビティ構造で最も強い光局在が生じること,またその多層膜で著しく大きな磁気光学効果が発現することを見出した.また光局在化現象が1次元フォトニック結晶と密接に関係することを示し、局在モードの発生機構、磁気光学効果との関連を解明した。
(2) Co、アモルファスTbFe、希土類鉄ガーネット薄膜を用いた磁気光学マイクロキャビティの作製と特性
上記(1)の知見に基づき,(SiO_2/SiN)^k/Co/(SiN/SiO_2)^k構造の多層膜、(SiO_2SiN)^k/a-TbFe/(SiN/SiO_2)^k構造の多層膜、及び(SiO_2/Ta_2O_5)^k/Bi:DyIG/(Ta_2O_5/SiO_2)構造の多層膜をスパッタ法で形成し,光学及び磁気光学特性を調べた.その結果,これらの多層膜は上記(1)の解析結果に定量的によく一致する光学・磁気光学特性を示すことを見出し、(1)の理論解析結果の実験的検証に成功した。特に強い光局在状態を実現することにより、磁気光学ファラデー効果、磁気光学カー効果とも一般的な磁性単層膜の100倍に達する極めて大きな増大効果を示し、種々の磁気光学デバイスへの応用上魅力ある媒体が構築できることを示した。
(3) 磁性フォトニック結晶
本研究により詳細に調べた多層膜は、スピン方位依存性をもつ1次元フォトニック結晶(1次元磁性フォトニック結晶)であるとの結論を得、この観点から誘電体を用いたフォトニック結晶との関係を調べた。その結果、規則構造をもつ磁性フォトニック結晶中、及びグラニュラー構造をもつ不規則構造磁性フォトニック結晶で、光局在効果を利用することで磁気光学効果の増大が生じることを結論した。この知見は、本研究で着目した多層膜という1次元構造から、2次元、3次元構造を有する磁性フォトニック結晶の存在と、その特性に強い興味を抱かせ、今後高次元構造を有する磁性フォトニック結晶の特性解明が重要な研究課題になるとの知見を得た。
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[Publications] M.INOUE,T.FUJII,K.I.ARAI,and M.ABE: "HUGE ENHANCEMENT OF MAGNETO-OPTICAL FARADAY EFFECT IN YIG FILMS WITH DISORDERED MULTILAYER STRUCTURES" Journal of Magnetics Society of Japan. 22. 141-143 (1998)
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[Publications] 井上光輝、荒井賢一、藤井嘉崇、阿部正紀: "遺伝的アルゴリズムによる積層構造の乱れた磁気光学多層膜の設計" 日本応用磁気学会誌. 22. 321-324 (1998)
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[Publications] 井上光輝: "乱れた系における光局在と磁気光学効果" 日本応用磁気学会誌. 22. 1105-1110 (1998)
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[Publications] M.Inoue,K.I.Arai,T.Fujii and M.Abe: "Magneto-optical properties of one-dimensional photonic crystals composed of magnetic and dielectric layers" Journal of Applied Physics. 83. 6768-6770 (1998)
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[Publications] M.Inoue,K.I.Arai,T.Fujii and M.Abe: "One-dimensional magneto-photonic crystals" Journal of Applied Physics. in press. (1999)
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[Publications] M.Inoue,K.Matsumoto,K.I.Arai,T.Fujii and M.Abe: "Preparation and properties of magneto-optical micro-cavities composed of Co thin film and dielectric multilayers" Journal of Magnetic Materials and Magnetics. in press. (1999)
