Millimeter- and Terahertz- Wave Absorber Designed by Antiferromagnetic Resonance of Iron-Based Corundum Oxides

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本研究は進度が早く、当初令和3年度に行うことを計画していた研究内容が令和2年度中に完了している。そのため、更なる研究の発展として、薄膜状態のα-Fe2O3のAFMRを調べるために、令和3年度はアメリカ合衆国のMITにて酸化物薄膜の作製方法であるPLD法と酸化物薄膜の物性評価法の習得を行った。PLD法と酸化物薄膜の物性評価の基礎として、Si基板上でのBi添加のイットリウム鉄ガーネット(Bi-YIG)とテルビウム鉄ガーネット(Bi-TbIG)薄膜の作製とその物性評価の研究を行った。Bi-YIGとBi-TbIGは高い磁気光学効果を示す材料であり、光アイソレーターへの応用がなされている。本研究においても、最終的にBi-YIGとBi-TbIGをSiのICチップ上に蒸着し、Si基板上にCOMSと共存する一体型の光アイソレーターを作製することを目標にしている。Bi-YIGに関する実験結果として、BiとYの比であるBi/(Bi+Y)が0.47まではSi基板上でガーネット相が単相で存在し、それ以上ではBiとSi基板が反応しBi2SiO5が形成することが確認された。磁気光学効果に関しては、Bi/(Bi+Y)が0.47の試料において1550nmの波長におけるFaraday rotation (FR)が1800deg./cmであることが分かった。Bi-TbIGに関する実験結果として、Bi/(Bi+Tb)が0.54まではSi基板上でガーネット相が単相で存在し、それ以上ではBiとSi基板が反応しBi2SiO5が形成することが確認された。また、Bi/(Bi+Tb)が0.54である試料の1550nmの波長におけるFRが2200deg./cmであることも分かった。以上のことからBi-TbIGの方が高いFRを示すため、Bi-TbIGを利用した光アイソレーターをSi基板上に現在作製中である。