アモルファス酸化物の磁気光学特性と構造の相関

非晶氧化物磁光性质与结构之间的相关性

基本信息

批准号：
18K13988
负责人：
中塚祐子
金额：
$ 2.66万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

情報化社会の発展に伴って、青色あるいは紫外の半導体レーザー用の光制御素子の需要が増大している。光制御素子へ応用可能な磁気光学材料の創製を目指し、3d遷移金属元素を含むガラスを対象に、遷移金属元素の種類、濃度あるいは母ガラス組成が磁気光学特性、特にファラデー効果に与える影響を調査した。無容器浮遊法を用いて、3d遷移金属酸化物（Sc2O3、TiO2、V2O5、Cr2O3、MnO、FeO、CoO、NiO、CuO、ZnO）を1-5 mol%含むガラスを作製した。単位磁場、単位厚さあたりのファラデー回転角であるベルデ定数は、Sc2O3、TiO2、V2O5、MnO、FeO、CoO含有ガラスでは負の値を、Cr2O3、NiO、CuO、ZnO含有ガラスでは正の値を取った。3d遷移金属酸化物を含むガラスの中では、FeO含有ガラスが最も大きなベルデ定数の絶対値を示した。単位質量あたりの磁化率は、FeO含有ガラスで最大となった。FeO濃度を1、2.5、5、10 mol%と増加させると、比例してベルデ定数の絶対値も増加した。また、母ガラス組成を変化させることで、ベルデ定数の値が変化することが分かった。同じ濃度のFeOを含むケイ酸塩ガラスとホウ酸塩ガラスを比較すると、ホウ酸塩ガラスの方がベルデ定数が大きかった。カルシウムケイ酸塩ガラスとストロンチウムケイ酸塩ガラスでは、カルシウムケイ酸塩ガラスの方がベルデ定数は大きかった。ベルデ定数の変化の理由を考察するため、Van Vleck-Hebbの式を用いて解析を行った。有効遷移確率の変化がベルデ定数の値の変化に寄与していることが分かった。母ガラス組成によってベルデ定数が変化することについてより理解が進めば、磁気光学材料の自在な設計が可能になると考えられる。

随着信息社会的发展，蓝色或紫外半导体激光器的光控元件的需求日益增加。为了创造可应用于光控器件的磁光材料，我们研究了过渡金属元素的类型和浓度，或母玻璃的成分对磁光特性的影响，特别是法拉第效应，含有 3D 过渡金属元素的眼镜做到了。采用无容器浮法制备了含有 1-5 mol% 3D 过渡金属氧化物（Sc2O3、TiO2、V2O5、Cr2O3、MnO、FeO、CoO、NiO、CuO、ZnO）的玻璃。费尔德常数是单位磁场和单位厚度的法拉第旋转角，对于含有 Sc2O3、TiO2、V2O5、MnO、FeO 和 CoO 的玻璃具有负值，而对于含有 Cr2O3、NiO、CuO 的玻璃具有正值，还有氧化锌。在含有3d过渡金属氧化物的玻璃中，含有FeO的玻璃表现出最大的费尔德常数绝对值。含FeO的玻璃每单位质量的磁化率最高。当FeO浓度增加到1、2.5、5和10 mol%时，费尔德常数的绝对值也成比例增加。还发现，维尔德常数的值会随着母玻璃成分的变化而变化。当比较含有相同浓度 FeO 的硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃时，硼酸盐玻璃的维尔德常数更大。当比较硅酸钙玻璃和硅酸锶玻璃时，硅酸钙玻璃的维尔德常数较大。为了考虑Verdet常数变化的原因，使用Van Vleck-Hebb方程进行了分析。研究发现，有效转移概率的变化有助于维尔德常数值的变化。更好地了解维尔德常数如何根据母玻璃成分变化将能够实现磁光材料的灵活设计。