Magneto-optical metamaterials consisting of antiferromagnetically coupled plasmon resonators for ultra-sensitive chiral molecular measurement systems

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05375
• 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: Akita Industrial Technology Center
• Principal Investigator: Yamane Haruki 秋田県産業技術センター, 電子光応用開発部, 上席研究員 (80370237)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 磁気光学 / プラズモン / メタマテリアル / バイオ化学センサ

Outline of Final Research Achievements

The fusions of magnetic-spin and near field optical (plasmonic) functionalities produce new physical phenomena related to magneto-optics, as well as innovative photonic devices such as ultra-sensitive bio-chemical sensors. In this research, the [CoPt/Ru/CoPt] multilayers with antiferromagnetic coupling (RKKY interaction) allowed the spin cancellation at a significantly short distance compared to wavelength, and so they acted as a 'magnetic metasurface' by controlling optically pseudo magnetic/non-magnetic states. The magneto-optical enhancements by surface plasmons were also effective to improve the performances of hydrogen and glucose sensors. These results might provide new optical functional devices such as spin-photonic memories and light wave control devices.

Free Research Field

光工学・光量子科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

磁気スピン制御とプラズモン共鳴とを融合させた「磁気メタサーフェス」に係る研究成果は、多彩な光波(振幅/偏光/位相)制御を可能とする革新的光機能デバイスの実現に向けた新たな研究テーマの発案につながっている。また、実用化を見据えた磁気光学材料に関する研究内容は、国際学会誌にてEditor's Picksに選出されるとともに、磁気光学プラズモンを利用したグルコースセンサについては、国内学会にてポスター講演賞を受賞した。さらに、水素ガスセンサについては、ガス体エネルギー分野での社会実装に向けて企業との共同研究を進めており、水素社会実現への貢献も期待できる。学術的/社会的に意義のある成果が得られた。