2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of nanogranular transparent ferromagnetic material with new magneto-optical effect
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17H03420
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| Research Institution | Research Institute for Electromagnetic Materials |
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Principal Investigator |
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(移行) (70205475)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
薮上 信 東北大学, 医工学研究科, 教授 (00302232)
池田 賢司 公益財団法人電磁材料研究所, その他部局, 研究員(移行) (40769569)
増本 博 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 教授 (50209459)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノグラニュラー / 磁気光学効果 / ファラデー効果 / 磁性薄膜 / 磁気誘電効果 / 多機能性 / 透明強磁性体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で提案するナノグラニュラー膜は、nmサイズのFeやCo等の強磁性金属グラニュールがマトリックス中にほぼ均一に分散したナノ構造を有する。その磁気光学効果などの機能性発現のメカニズムは、強磁性グラニュールおよびマトリックスを構成する物質などの膜組成、また、グラニュールの粒径、粒径分布、分散状態、結晶構造、マトリックスの結晶性や配向、さらには、グラニュールとマトリックスの界面構造や状態に起因すると考えられる。このように、ナノグラニュラー膜の磁気光学効果を制御するための要素は非常に多い。しかし、我々の研究グループによるこれまでのナノグラニュラー膜の磁性や電気伝導に関する研究実績から、既に作製条件と膜構造についての多くのデータの蓄積がある。本研究では、これらの実績を踏まえてさらに発展させ、膜組成の拡張および成膜条件の詳細な検討によって、新しい磁気光学効果の発現と、その物性メカニズムの解明を目的としている。
本年度は、ナノグラニュラー薄膜の実用特性に着目し、光透過性能に優れかつ大きなファラデー効果を示す、すなわち性能指数の向上を検討した。具体的には、成膜条件や熱処理、ナノグラニュールを構成する合金組成、マトリックスを構成するフッ化物の種類等を種々変えて薄膜を作製し、それらの磁気特性やファラデー効果を検討した。その結果、FeCo-MgFおよびFeCo-BaF系膜において、加熱基板上への成膜とその後の熱処理によって、ファラデー回転角および光透過率の両方が増大し、性能指数が向上することを明らかにした。
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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
ナノグラニュラー薄膜において、新たにFeCo-MgFおよびFeCo-BaF系膜においても、大きなファラデー効果が発現することを明らかにした。特に、FeCo-BaF系膜では、マトリックスのBaF2が良好な結晶性有するため、昨年度に見出したFeCo-(Al,Y)F系に比較して、より多いFe+Co量においても光透過性を維持し、磁気光学材料としての性能指数が向上することを明らかにした。
さらに、成膜時の基板加熱と成膜後の熱処理のそれぞれの温度の組み合わせを最適化することによって、ファラデー回転角および光透過特性の両方、すなわち性能指数が改善できることを明らかにした。これらの結果は、ナノグラニュラー膜の磁気光学特性のさらなる向上の可能性を示すものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に得られた知見を基に、ナノグラニュラー膜の組成および作製条件と、得られた薄膜試料の構造および諸特性の関係を整理する。これをもとに試料作製にフィードバックすることによって、さらに高い磁気光学特性を有するナノグラニュラー膜合成のための方針を確立する。さらに、対象とする膜組成の選択範囲を拡大して、フッ化物以外のマトリックスの選択を検討する。また、エリプソメーターなどを用い、ナノグラニュラー膜の光学特性を解析し、光デバイス設計に必要な屈折率や反射率などの光特性を明らかにする。
次年度は本計画の最終年度であることから、新材料系の探索よりも、本材料を用いたデバイスの提案や設計に必要な基本的な光特性の評価に重点を置き、応用に堪える材料が見いだされた場合は、大電流用磁気センサへ等への適用を検討する。
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