2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of nanogranular films with giant Faraday effect
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20H02468
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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) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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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 / フッ化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁気光学効果であるファラデー効果を示す材料は、光アイソレーターに代表されるように、様々な光デバイス、とりわけ光通信システムに広く用いられ、先端情報技術には必須となっている。しかしながら、1972年にビスマス鉄ガーネット(Bi-YIG)が発見されて以来、Bi-YIGを超える大きなファラデー効果を有する物質は見つかっていない。さらに、光学デバイスの小型化および集積化のためには、磁気光学材料の微細化・薄膜化が必須であるが、Bi-YIGを薄膜化すると特性が大きく劣化してしまう。本研究の提案する、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Bi-YIGの40倍もの大き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、さらには従来材料に対する新たな優位性を発揮する材料の開発を目指す。
本年度は、新しい組成系として磁性ナノグラニュールに、保磁力と残留磁化を有するCo-Pt, Fe-Pt合金を用いたナノグラニュラー膜の作製を試み、その磁気光学特性を検討した。その結果、材料自身の残留磁化によって、磁界を印可しない状態でファラデー効果を示す材料が実現した。これにより、磁気光学デバイスの設計において磁界印加機構が不要となり、デバイスの簡素化・小型化の実現に大きく貢献すると考えられる。
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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
ナノグラニュラー膜は、磁性ナノグラニュールと誘電体マトリックスから成るナノメーターサイズの微細構造を有する。この特徴を生かし、磁性グラニュールを成す材料、また誘電体マトリックスを成す材料のそれぞれを様々に選択して組み合わせることによって、特性の異なる磁気光学材料を設計することが可能である。今回は、残留磁化を有するCo-PtおよびFe-Pt合金を磁性ナノグラニュールに採用することによって、零磁界でファラデー効果を発現する材料が可能となった。このことは、新たな磁気光学デバイスの創成の可能性を拓く、有望な結果である。
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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、そしてファラデー効果等の諸特性の関係を整理し、これを基に、ファラデー効果の性能指数を有するナノグラニュラー膜作製のための材料設計の方針を検討する。具体的には、熱処理中のガス雰囲気を詳細に検討し、希薄酸素や窒素ガスの導入により、膜中への酸化物や窒化物の導入、さらには化学組成比の調整を行い、磁性ナノグラニュールと誘電体マトリックスの組成の最適化を検討する。これにより、ナノグラニュラー膜の性能指数の更なる向上を目指すと共に、デバイス応用の可能性を検討する。
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