| 研究課題/領域番号 |
16K21569
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| 研究機関 | 東京工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
水戸 慎一郎 東京工業高等専門学校, 電子工学科, 准教授 (10637268)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 光偏光素子 / 磁気光学効果 / ファラデー回折 / 磁気回折 / 磁性ガーネット / 逆磁歪効果 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、逆磁歪効果により磁性ガーネット層の磁区幅を高速に制御できる光人工磁気格子膜の形成と、その機能を用いて光回折状態を連続的かつ大幅に電子制御できる固体光偏向素子を実現するものである。
平成29年度は、ストライプ磁区を持つ磁性ガーネット(イットリウム鉄ガーネット)に面内磁界、及び応力を加えた際の応答について詳細に調べた。また、光偏向素子ドライバの開発、及び固体光偏向素子の試作を行った。加えて、液相エピタキシー法による、固体光偏向素子に適した磁性ガーネット膜の作製を行った。
ストライプ磁区を持つ磁性ガーネットに面内磁界を加えることで、回折方位を変化できることを確かめた。また、応力により、回折角度を変化できることを実証した。これらの成果は、国際学会、及び国際論文で発表を行った[Shinichiro Mito,et al. : Stress induced modulation of magnetic domain diffraction of single crystalline yttrium iron garnet, AIP Advances 8, 056439 (January, 2018)]。
当初計画では性能向上のためにモノリシック化、フォトニック結晶の利用を想定していたが、固体光偏向素子に適した磁性ガーネット膜を開発した方が性能への寄与が大きいことが明らかになった。そこで液相エピタキシー装置を作製し、単結晶ガーネット膜の作製を行った。今後は、固体光偏向素子に向けた単結晶ガーネット膜の組成探査を行う。
光偏向素子ドライバ、及び固体光偏向素子を試作し、PC上から回折方位をコントロールことを確認した。また、応力印可用のピエゾ素子に加える電圧をコントロールできることを確認した。
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| 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
本研究の目的は、逆磁歪効果により磁性ガーネット層の磁区幅を高速に制御できる光人工磁気格子膜の形成である。すでに逆磁歪効果により磁性ガーネット層の磁区幅を制御し、光人工磁気格子として動作させることに成功しており、現在は光回折効率や回折角度などの性能向上が課題となっている。
性能向上という観点で、計画表ではモノリシック化やフォトニック結晶との組み合わせを予定していたが、これまでの研究で磁性ガーネットそのものの性能向上が最も必要であるとの結論に至った。そこで、現在は比較的簡易に高性能の単結晶ガーネット膜が得られる液相エピタキシー法による単結晶ガーネット膜の作製と組成探査を行っている。磁性ガーネットの組成と磁気的特性はこれまで詳細に調べられており、固体光偏向素子への応用という観点で過去の研究成果を参考にすることで早期に組成を決定できると考えられる。また、計画表にある光偏向素子ドライバの開発とシステム応用については、ドライバの開発を完了しており、PCから面内磁界と印可応力をコントロールできることを確認している。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究で目指す、磁気光学効果を用いた固体光偏向素子を実現するには、固体光偏向素子に適した磁性ガーネット膜の作製が欠かせない。そこで、昨年度作製した液相エピタキシー装置を用いて単結晶ガーネット膜の組成探査を行う。
一般に磁性ガーネット膜の性能向上にはビスマス置換が有効であるが、置換量が多いと垂直磁化膜になってしまうという問題がある。ストライプ磁区を形成するには面内磁化膜である必要があるため、面内磁化特性を保ちながらファラデー回転角と透過率の大きいビスマス置換量を明らかにする。また、ビスマス置換量を適切にすることで、磁性ガーネット膜の磁気異方性を低減できるが、このことは逆磁歪効果による磁区への影響を強めることができる。
作製した膜は固体光偏向素子の試作に用い、開発した光偏向素子ドライバにより性能評価を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
薬品類の消費が想定よりわずかに少なかったため、次年度使用額が生じた。次年度の薬品購入に充てる。
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