2022 Fiscal Year Annual Research Report
磁気光学結晶-on-insulator基板の実現とナノフォトニクスへの応用
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19K05300
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
太田 泰友 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (90624528)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 磁気光学 / ナノフォトニクス / イットリウム鉄ガーネット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁気光学材料である単結晶イットリウム鉄ガーネットの薄膜を絶縁体層上に融着した磁気光学結晶-on-Insulator(MOOI)基板の形成と同基板を活用した磁気ナノフォトニクスの研究を進めた。これまでの研究から、イットリウム鉄ガーネット基板をプラズマ活性親水化接合により熱酸化膜付きシリコンへウェハ融着し、研磨、ドライエッチングを組み合わせることでMOOI基板を形成可能なことを見出している。今年度は、融着プロセスについての見直しをすすめプロセス歩留まりを大きく改善することに成功するとともに、研磨プロセスの改善を行うことで薄膜ガーネットの面積が大きいMOOI基板の作製に成功した。また、イットリウム鉄ガーネットに対するドライエッチング技術の検討をさらに深め、垂直側壁を有する微小孔を形成する手法を見出した。同手法は、形成する空孔深さが数百nmに達しており、目標とするスラブ型磁気フォトニック結晶の形成に対しても適用可能である。電磁界数値解析においては、ガイドモード共鳴やBIC状態に着目し、巨大Faraday回転を実現する磁気フォトニック結晶構造を複数提案するに至った。高い光透過率と45°の偏光回転を同時に実現する構造を見出し、高効率な薄膜Faradayアイソレーターの実現可能性を明らかにした。さらに、磁気光学メタ表面構造においては側壁傾きによる複異方性の影響を評価するとともに、非対称クラッドにより複異方性の補償が可能であるという興味深い現象も見出した。
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