2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of non-reciprocal nanophotonic devices using ferromagnetic nanogranular films
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19K21959
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岩本 敏 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40359667)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 磁気光学効果 / ナノグラニュラー膜 / 非相反性 / ナノフォトニクス / トポロジカルフォトニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セラミックスと微細な磁性グラニュールから成るナノグラニュラー膜は、光通信波長帯において巨大なファラデー効果を示す。本研究では、ナノグラニュラー膜において、膜組成や作製方法を検討することによって、大きな光透過性と大きなファラデー効果、すなわち性能指数の優れた材料の開発を目指すとともに、その非相反ナノフォトニクスへの応用を目指す。
昨年度、半導体に形成した孔に、透過率の高いフォッ化物をマトリックスとしたナノグラニュラー膜を用いたフォトニック結晶構造（ナノグラニュラー材料埋め込み構造）において、高い素子性能指数を示し得ることを明らかにした。今年度は、更なる性能向上の可能性を目指し、平坦なナノグラニュラー膜上に半導体フォトニック結晶を張り合わせた構造を検討した。その結果、同構造では、ナノグラニュラー材料埋め込み構造に比べてトポロジカルな性質を示すバンドギャップ幅が1.5倍程度拡大し、性能指数は2.6倍程度大きくなることを明らかにした。
さらに、誘電率がゼロに近い値を持つ磁気光学材料を用いることで非相反フォトニック結晶導波路素子の高機能化が可能であることを踏まえ、それを実現するための材料開発に取り組んだ。まず、母材として通信波長帯で誘電率がゼロになるITO膜の高品質化を進めた。さらに、ITO膜を母材としたナノグラニュラー膜の成膜に成功するとともに、同材料における磁気光学効果の観測に成功した。
また、誘電率がゼロに近い値を持つ磁気光学材料を金属で挟んだ構造で上下界面でそれぞれ逆方向に伝搬する一方向導波モードが存在することを理論的に明らかにした。
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