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2017 年度 実績報告書

相分離型マルチフェロイック薄膜の開発と電圧駆動超高速低消費電力光制御デバイス応用

研究課題

研究課題/領域番号 16H04329
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

中村 雄一  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20345953)

研究分担者 後藤 太一  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00721507)
内田 裕久  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30271000)
高木 宏幸  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40390463)
井上 光輝  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90159997)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード相分離型マルチフェロイック材料 / 磁気光学効果 / 圧電材料
研究実績の概要

① 相分離型マルチフェロイック薄膜材料の構造設計と作製方法の検討
昨年度エッチング法により作製した数ミクロン角に加工したガーネットをPZTに埋め込んだ複合膜に電圧を印加し、磁気光学(MO)効果による偏光面の変調の評価を試みたが、明確なMO変調は観察できず、ガーネットの高さ(h)と幅(w)のアスペクト比(h/w)が小さい構造では、十分なMO変調は得られないと考えられる。
その結果を踏まえ、アスペクト比が大きな複合膜が作製できる可能性のあるPLD法による、同一単結晶基板上への同時成長条件について検討を進めた。その結果、GGG(111)基板上にCoFe2O4をバッファ層として入れることで、ペロブスカイト構造を有するBaTiO3が(111)配向して成長できることを見いだした。これを用いることで、希土類ガーネットとBaTiO3系材料をGGG(111)基板上に同時成長できると期待される。
② 高MO特性を有する材料および構造の検討
従来使用してきたBi置換希土類鉄ガーネットではMO効果による偏光面回転角は1ミクロンあたり約2 deg.程度であったが、Biの置換量を大きくしたBi置換ネオジウム鉄系ガーネットにおいて、10 deg./μmの回転角を有する角形性が良い膜が得られることがわかった。また同膜をMPCの磁気光学キャビティニ入れることにより約27度の偏光面回転角が得られることも確認した。更に高配向膜を得るため、単結晶GGG基板上にガーネット材料を用いたMPCの設計・形成も試み、エピタキシャル成長したガーネット誘電体ミラーが形成できる条件を見いだした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

電圧による磁気光学効果の変調は確認できなかったものの、当初目標としていた、磁性ガーネット材料とペロブスカイト系圧電材料を同時に配向して形成可能な構造について目処が立てられた。また高いMO特性を有する材料の検討およびそのMPC化に関しても条件を明らかにできた。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断する。

今後の研究の推進方策

相分離型マルチフェロイック膜膜の形成と磁気光学光制御デバイスとしての動作検証に向けて、複合膜構造の形成とその評価を最優先に実施する。複合膜の形成については、2017年度の成果を踏まえ、ガーネット基板上へのPLD法を用いた同時成長技術により、ガーネット結晶を圧電材料に埋め込んだ複合膜の形成を目指し、その構造についてXRD、TEM等により評価し、成膜条件と構造・特性の関係を明らかにする。その結果を踏まえ、複合膜構造をMPCの磁気光学キャビティに導入するための形成条件を明らかにし、高い磁気光学変調特性を有する相分離型マルチフェロイック膜膜を形成を目指す。また上部分極をピクセル化し、磁気光学光制御デバイスとしての特性の評価を行う。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] Massachusetts Institute of Technology(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Massachusetts Institute of Technology
  • [雑誌論文] Thermally stable amorphous tantalum yttrium oxide with low IR absorption for magnetophotonic devices2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshimoto, T. Goto, H. Takagi, Y. Nakamura, H. Uchida, C. A. Ross and M. Inoue
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 13805(1-9)

    • DOI

      10.1038/s41598-017-14184-4

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 非磁性ガーネット基板上へのBaTiO3/CoFe2O4配向膜の作製と評価2018

    • 著者名/発表者名
      鎌田直秀、秋山直紀、中村雄一、後藤太一、内田裕久、井上光輝
    • 学会等名
      電子情報通信学会 電子部品・材料研究会
  • [学会発表] 光変調を目指したPZT-Bi:RIGマルチフェロイック複合膜の作製と評価2017

    • 著者名/発表者名
      秋山直紀、後藤太一、高木宏幸、中村雄一、林 攀梅、内田裕久、井上光輝
    • 学会等名
      電子情報通信学会 電子部品・材料研究会
  • [学会発表] 有機金属分解法を用いたビスマス高置換ネオジム鉄ガリウムガーネットの形成2017

    • 著者名/発表者名
      倉橋秀之, 佐々木孝介, 後藤太一, 高木宏幸, 中村雄一, 林 攀梅, 内田裕久, 井上光輝
    • 学会等名
      電子情報通信学会 電子部品・材料研究会
  • [学会発表] Fabrication and properties of multiferroic PZT-Bi:RIG composite for voltage-driven magneto-optic spatial light modulator2017

    • 著者名/発表者名
      N. Akiyama, T. Goto, H. Takagi, Y. Nakamura, P. B. Lim, H. Uchida, and M. Inoue
    • 学会等名
      Materials Research Society Fall meeting & Exhibition
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-05-20  

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