円盤状強磁性薄膜を用いた高効率な光－マイクロ波変換器の創出

使用盘状铁磁薄膜创建高效光微波转换器

基本信息

批准号：
22K14589
负责人：
久富隆佑
金额：
$ 3万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14589/
关键词：
磁気光学量子光学角運動量マグノン

项目摘要

2022年度は、本研究遂行に必要なサンプル作製手法の確立とその評価、そして光学系の設計を行った。本研究では、強磁性マグノンを用いた高効率な光－マイクロ波波長変換器の創出を目指している。具体的なステップとして、（１）円盤状強磁性単結晶薄膜作製、（２）強磁性共鳴による作製した薄膜の評価、（３）強制励起された薄膜内の強磁性マグノンによって発現するマグノン誘起ブリルアン散乱の定量的観測を想定している。それらを完遂することによって、創出した光－マイクロ波波長変換器の性能評価を行うことが可能となる。そこで、まず（１）円盤状強磁性単結晶薄膜作製を行った。基板はガーネット構造を持つ強磁性体用の基板として代表的な、ガドリニウムガリウムガーネット（GGG）基板を用いた。その基板上に非常に長寿命の強磁性マグノンモードを有することで知られるイットリウム鉄ガーネット（YIG）単結晶をRFマグネトロンスパッタリング装置を用いて成膜し、900 ℃で8時間アニールすることにより単結晶化させた。さらにフォトリソグラフィーとアルゴンイオンミリング装置を用いてドライエッチング加工を施すことにより、直径約100 μm、厚さ約1 μmの円盤状強磁性単結晶薄膜を作製することができた。次に（２）作製した円盤状YIG薄膜の強磁性共鳴測定による物性評価を行った。本研究では、YIG薄膜の面直方向に静磁場を印可し、強磁性スピン集団を飽和させることで発現する均一歳差運動モード（Kittelモード）を用いて光－マイクロ波変換を行う予定である。そこで、薄膜面内方向に交流振動磁場を加え、強磁性共鳴現象の観測を行った。その結果から、Kittelモードの共鳴周波数・寿命・マイクロ波との結合強度の評価を行うことができた。さらに、（３）強磁性マグノンを用いたマグノン誘起ブリルアン散乱実験に向けた光学系の設計も完了している。

在2022财年，我们建立了，评估了本研究所需的样品产生方法，并设计了光学系统。在这项研究中，我们旨在使用铁磁磁化元素创建高效率光 - 微米波长度转换器。作为特定步骤，（1）皮肤脱磁的单晶薄膜的产生，（2）通过铁磁共振制备的薄膜，（3）镁诱导的Brillan，由强制兴奋中的专用磁镁代表。对散射进行定量观察。通过完成它们，可以评估创建的光微波长度转换器的性能。因此，产生了第一个（1）磁盘样的铁磁单晶薄膜。底物使用Gadolinium Gallium Garnet（GGG）底物，它是具有石榴石结构的铁磁体的代表性底物。使用RF Magnetronopatto环制成的Ietorium Iron Garnet（YIG）单晶以非常长的寿命磁性磁体模式而闻名，并在900°C下进行了8小时。此外，通过使用光片摄影和氩离子眼睛的装置施加干蚀刻，可以产生直径约为100μm的磁盘状劣化单晶薄膜，并且可以产生约1μm的厚度。接下来，（2）材料评估是通过磁盘形的Yig形Yig薄膜的铁磁共振测量进行的。在这项研究中，将使用统一的年差运动模式（Kittel模式）进行光微波转换，该模式通过在Yig薄膜的方向上给静态磁场留下深刻的印象，并使铁磁自旋群饱和。因此，将交换振动磁场添加到薄膜表面的内向，以观察铁磁共振现象。结果，我们能够在基特尔模式下以谐振频率，寿命和微波炉来评估结合强度。此外，（3）使用铁磁磁化的磁蛋白诱导的蓝因散射实验已完成光学设计。