2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of localized mode control method using external magnetic field
| Project/Area Number |
20K05290
|
|---|
| Research Institution | Hokkai-Gakuen University |
|---|
Principal Investigator |
藤原 英樹 北海学園大学, 工学部, 教授 (10374670)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | ランダムレーザー / 局在場 / 磁場応答 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、レーザー誘起表面凹凸形成法を用いた簡易な手法により、磁性体であるNiFe薄膜（厚み 200 nm）をコートしたGaN基板表面上のランダムレーザー発振の確認と磁場応答の確認を行った。UVパルスレーザー（355 nm, 300 ps, 1 kHz）をNiFeコートGaN基板上に集光照射し（スポット径 ～40 μm）、照射強度や時間などの作製条件を変化させながら表面構造を作製した。試作した構造のスペクトル測定を行い、各作製条件におけるしきい値を比較した結果、照射強度 2 mW、照射時間10 s程度で一番低いしきい値を示すランダムレーザーの誘起に成功した。この条件で作製した構造を用い、ネオジム磁石を基板に近づけた時と離した時のレーザー発振スペクトルを確認したところ、背景のブロードな発光スペクトルや発振ピーク波長は変化せず、発振ピーク強度が磁場の有無により変化する様子を確認した。さらにこの発振スペクトルの励起光強度依存性を測定したところ、磁場の有無によりレーザー発振しきい値が変化し、各ピーク毎にしきい値が増加したり、低下したりするなど、異なる振る舞いを示すことが分かった。これらの結果は、磁場印加による局在光の磁気カー回転によるフィードバックが局所的に異なり、各発振モードの状態により磁場に応じて挙動が変化することを示している。これらの結果は、簡便安価に作製できる外部磁場応答ランダムレーザーを実現できるだけでなく、チューニング機構を持った電気駆動ランダムレーザーの実現に寄与する成果だと考える。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の目的どおり、磁性薄膜コートGaN基板上へのランダムレーザー作製に成功し、磁場印加に対して発振ピークが変化することを明らかにした。これらの作製手法や制御手法に関する学会発表5件を行い、現在これに関連した論文を準備中である。研究は順調に推移しており、今後はこの成果を基に、磁場印加によるスイッチング動作だけでなく、発振波長チューニングなどの局在場特性制御を試みる予定である。また、本実験と並行して、本手法の派生技術として磁性体以外のコート剤を用いた際に意図的な不純物ドーピングによる発光波長変化の誘起を試みる実験を開始しており、Crイオンの色中心に特有なシャープな赤色発光の観測にも成功している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
構造最適化の研究を継続して行い、レーザー照射強度や照射時間だけでなく、照射波長や開口数などのパラメータも制御を行い、さらなる構造の最適化を目指す研究を進めるとともに、レーザー発振発振強度や応答速度に対する磁場強度依存性を確認し、外部磁場を用いた局在場制御を実現する新規技術を確立する。また、各作製条件における電子顕微鏡画像の観測を行い、表面凹凸形状の確認だけでなく、NiFeが表面構造上にどのような形態で存在するのかを確認し、SEM像から得られた構造情報 を元にモデル化を行い、数値解析による磁場応答特性の定性的な現象の理解を進める。
また、派生技術として、コート剤のアブレーションやアニール効果の発光特性への影響についても調べるため、磁性体以外のコート剤での検証も並行して行い、構造作製条件に対する発光スペクトル変化の確認を行うことでレーザー照射による意図的な構造欠陥や不純物導入が可能かどうかについても検討を行う。
|
| Causes of Carryover |
他の研究課題で使用していたグリーンパルスレーザーを本課題に流用できたため、購入を計画していた構造作製用のグリーンレーザーの購入を見送った。また、新型コロナウィルスの蔓延により、出張は全て取りやめとなった。これらの理由により計画時との金額に差額が生じた。
差額分は、次年度において磁場強度依存性などの測定を行うための電動ステージや光学部品、意図的な不純物ドーピングを試みるためのスパッタリング装置使用料、他材料基板への本手法の応用に向けた新規半導体基板購入に使用する予定である。
|
