2017 Fiscal Year Annual Research Report
相分離型マルチフェロイック薄膜の開発と電圧駆動超高速低消費電力光制御デバイス応用
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16H04329
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
中村 雄一 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20345953)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
後藤 太一 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00721507)
内田 裕久 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30271000)
高木 宏幸 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40390463)
井上 光輝 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90159997)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 相分離型マルチフェロイック材料 / 磁気光学効果 / 圧電材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
① 相分離型マルチフェロイック薄膜材料の構造設計と作製方法の検討
昨年度エッチング法により作製した数ミクロン角に加工したガーネットをPZTに埋め込んだ複合膜に電圧を印加し、磁気光学(MO)効果による偏光面の変調の評価を試みたが、明確なMO変調は観察できず、ガーネットの高さ(h)と幅(w)のアスペクト比(h/w)が小さい構造では、十分なMO変調は得られないと考えられる。
その結果を踏まえ、アスペクト比が大きな複合膜が作製できる可能性のあるPLD法による、同一単結晶基板上への同時成長条件について検討を進めた。その結果、GGG(111)基板上にCoFe2O4をバッファ層として入れることで、ペロブスカイト構造を有するBaTiO3が(111)配向して成長できることを見いだした。これを用いることで、希土類ガーネットとBaTiO3系材料をGGG(111)基板上に同時成長できると期待される。
② 高MO特性を有する材料および構造の検討
従来使用してきたBi置換希土類鉄ガーネットではMO効果による偏光面回転角は1ミクロンあたり約2 deg.程度であったが、Biの置換量を大きくしたBi置換ネオジウム鉄系ガーネットにおいて、10 deg./μmの回転角を有する角形性が良い膜が得られることがわかった。また同膜をMPCの磁気光学キャビティニ入れることにより約27度の偏光面回転角が得られることも確認した。更に高配向膜を得るため、単結晶GGG基板上にガーネット材料を用いたMPCの設計・形成も試み、エピタキシャル成長したガーネット誘電体ミラーが形成できる条件を見いだした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
電圧による磁気光学効果の変調は確認できなかったものの、当初目標としていた、磁性ガーネット材料とペロブスカイト系圧電材料を同時に配向して形成可能な構造について目処が立てられた。また高いMO特性を有する材料の検討およびそのMPC化に関しても条件を明らかにできた。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
相分離型マルチフェロイック膜膜の形成と磁気光学光制御デバイスとしての動作検証に向けて、複合膜構造の形成とその評価を最優先に実施する。複合膜の形成については、2017年度の成果を踏まえ、ガーネット基板上へのPLD法を用いた同時成長技術により、ガーネット結晶を圧電材料に埋め込んだ複合膜の形成を目指し、その構造についてXRD、TEM等により評価し、成膜条件と構造・特性の関係を明らかにする。その結果を踏まえ、複合膜構造をMPCの磁気光学キャビティに導入するための形成条件を明らかにし、高い磁気光学変調特性を有する相分離型マルチフェロイック膜膜を形成を目指す。また上部分極をピクセル化し、磁気光学光制御デバイスとしての特性の評価を行う。
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