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。

带有CO的TiO_2（Co-Tio_2）薄膜是一种室温铁磁材料，可透明到紫外线到可见光。还据报道，磁光效应在基本TIO_2的带边缘附近（最高350 nm）表现出来，并且可以预期可以使用光学隔离器用于下一代短波长度通信。但是，在实际使用相同的薄膜时，需要进一步改善磁光能性能。在这项研究中，制造了Ti_ <1-x-y> co_xnb_yo_2薄膜，其中除了CO以控制载体外，还对NB进行了共同添加，并评估了磁光能。通过PLD方法，在LSAT（100）底物上生长了培养酶型Ti_ <1-X-Y> co_xnb_yo_2薄膜（x = 0.05，y = 0-0.2），并获得了高质量的外台薄膜。使用扫描隧道显微镜进行表面观察表明，直径为2-5 nm，高度为1 nm，并且在纳米级上有平坦的表面。此外，由于测量了ti_ <1-x-y> co_xnb_yo_2薄膜的faraday旋转角θ_f的施加磁场的依赖性，在所有样品中都观察到了依从薄膜的铁磁性的滞后膜。 θ_F的幅度随着y≦0.06时的NB替换量的增加而增加，而θ_F的大小趋于降低y> 0.06的高NB浓度面积。这得出的结论是，当y = 0.06时，组成是最佳的。当在磁场下估计θ_F（在y = 0.06时被认为很重要时，该值为θ_f为θ_f至0.7×10^4度/cm，这与传统材料的磁性石榴石膜相当。此外，Ti_ <0.89> CO_ <0.05> nb_ <0.06> O_2薄膜的外部传播包含底物的贡献约为60-70％，相对于可见光。从上面可以看出，NB添加是一种可以在维持薄膜透明度的同时有效地引入载体的方法，并且已经获得了基本准则，以改善该系统中的磁光效应。