酸化物巨大磁気光学材料のナノ物性評価

氧化物超磁光材料纳米物理性能评价

• 批准号: 16710075
• 负责人: 木野田 剛
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Kanagawa Academy of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16710075/
• 关键词: 二酸化チタン; パルスレーザー堆積法; 薄膜; 磁気光学効果; 不純物添加

Coを添加したTiO_2(Co-TiO_2)薄膜は、紫外〜可視光に対して透明な室温強磁性体である。また、母体であるTiO_2のバンド端(〜350nm)付近で磁気光学効果を示すことが報告されており、次世代の短波長帯通信に対応した光アイソレータの応用が期待される。しかし、同薄膜の実用化にあたっては、さらなる磁気光学的性能の向上が必要である。本研究では、Coに加えキャリア制御のためNbを共添加したTi_<1-x-y>Co_xNb_yO_2薄膜を作製し、磁気光学特性の評価を行った。PLD法により、LSAT(100)基板上にアナターゼ型Ti_<1-x-y>Co_xNb_yO_2薄膜(x=0.05,y=0〜0.2)を成長させたところ、単相の良質なエピタキシャル薄膜が得られた。走査型トンネル顕微鏡による表面観察の結果、直径2〜5nm、高さ1nm程度の粒状構造が観察され、ナノスケールで平坦な表面を有することがわかった。また、上記Ti_<1-x-y>Co_xNb_yO_2薄膜におけるファラデー回転角θ_Fの印加磁場依存性を測定した結果、いずれの試料においても、薄膜の強磁性に由来するヒステリシスが観測された。θ_Fの大きさは、y≦0.06ではNb置換量の増加に伴いθ_Fが増大し、一方、y>0.06のNb高濃度領域ではのは減少する傾向が見られた。これより、y=0.06のとき最適組成であると結論された。実用上重要と考えられる無磁場下でθ_Fのを見積もったところ、y=0.06のときθ_F〜0.7×10^4degree/cmであり、従来材料の磁性ガーネット膜に匹敵する値が得られた。また、基板の寄与を含んだTi_<0.89>Co_<0.05>Nb_<0.06>O_2薄膜の外部透過率は、可視光に対して約60〜70%であった。以上より、Nb添加は薄膜の透明性を保ちながら有効にキャリアを導入できる方法であると考えられ、本系における磁気光学効果向上ための基本指針を得た。

共掺杂TiO_2(Co-TiO_2)薄膜是一种对紫外至可见光透明的室温铁磁材料。此外，有报道称，TiO_2基体的带边（~350 nm）附近表现出磁光效应，有望应用于下一代短波长带通信的光隔离器。然而，为了将这种薄膜投入实际应用，还需要进一步提高其磁光性能。在本研究中，我们制备了Ti_<1-x-y>Co_xNb_yO_2薄膜，其中Nb除了Co之外还与Nb共掺杂以控制载流子，并评估了其磁光性能。采用PLD方法在LSAT(100)衬底上生长锐钛矿型Ti_<1-x-y>Co_xNb_yO_2薄膜(x=0.05,y=0~0.2),得到了高质量的单相外延薄膜。使用扫描隧道显微镜进行表面观察，结果观察到直径为2～5nm、高度为1nm左右的粒状结构，显示出具有纳米级的平坦表面。此外，作为测量上述Ti_<1-x-y>Co_xNb_yO_2薄膜中的法拉第旋转角θ_F对施加磁场的依赖性的结果，在所有样品中观察到源自薄膜的铁磁性的磁滞。关于θ_F的大小，当y≤0.06时，θ_F随着Nb置换量的增加而增大，而在y>0.06的高Nb浓度区域中，存在θ_F减小的趋势。由此得出结论，最佳组成为y=0.06。当我们在没有磁场的情况下估计θ_F时（这被认为在实际中很重要），当y=0.06时，我们得到了θ_F ~ 0.7×10^4度/厘米，该值与传统磁性石榴石薄膜的值相当。另外，包括衬底的贡献在内的Ti_<0.89>Co_<0.05>Nb_<0.06>O_2薄膜对于可见光的外部透过率约为60-70%。综上所述，我们认为Nb添加是一种可以有效引入载流子同时保持薄膜透明度的方法，并且我们获得了改善该系统磁光效应的基本指导方针。