Fabrication of magneto-optical crystal-on-insulator substrates and their applications to nanophotonics

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05300
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: Keio University (2021-2022); The University of Tokyo (2019-2020)
• Principal Investigator: Ota Yasutomo 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (90624528)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 磁気光学 / フォトニック結晶 / メタ表面 / 集積フォトニクス

Outline of Final Research Achievements

In this project, we realized magneto-optical (MO) crystal on insulator (MOOI) substrates by bonding monocrystalline MO-material wafers to glass and then grinding, polishing and etching them. We also worked on the development of nanopatterning techniques for the MO material (here we used yttrium iron garnets) by plasma dry etching based on different etching gases. In addition, we investigated magneto nanophotonic structures based on the MOOI substrate, such as MO metasurfaces, photonic crystals, and hybrid structures with Si nanostructures, and found a design for ultrathin MO Faraday rotators.

Free Research Field

ナノフォトニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

薄膜光学材料は、ナノ構造を用いて光を制御するナノフォトニクス技術に必要不可欠と言える。これまで単結晶MO材料を同分野に有用な形で薄膜化することは難しく、磁気ナノフォトニクスの進展は限定的であった。本研究では単結晶MO薄膜をガラス上に装荷したMOOI基板を実現した。同基板を用いることで、通常の誘電体のみでは実現の難しい磁気ナノフォトニクス素子の実現が容易となる。同素子は、光通信やセンシングなどに有用であるとともに新しい学術探求の場としても魅力的である。