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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。

In 2022, the research was carried out in order to establish and evaluate the necessary manufacturing methods and design the optical system. In this study, we aim to develop a new type of high efficiency optical wavelength converter for ferromagnetic materials. The specific parameters include: (1) fabrication of disk-like ferromagnetic crystalline thin films;(2) fabrication of ferromagnetic resonance thin films;(3) determination of ferromagnetic resonance in thin films induced by forced excitation; and (4) quantitative measurement of scattering. The performance evaluation of optical wavelength converters is possible. (1) Preparation of disk-like ferromagnetic crystalline thin films The substrate structure is used for ferromagnetic materials. Ferromagnetic film with very long lifetime on the substrate is known as YIG single crystal, which is used for film formation at 900 ℃ for 8 hours. A disk shaped ferromagnetic crystalline thin film with a diameter of about 100 μm and a thickness of about 1 μm was fabricated by using a thin film processing device. Second, the preparation of disk-like YIG thin films by ferromagnetic resonance measurement. In this paper, we study the effect of the static magnetic field on the in-plane direction of YIG thin films, and the saturation of ferromagnetic particles, and the occurrence of uniform phase motion (Kittel). Measurement of ferromagnetic resonance phenomena in thin film in-plane alternating current vibration magnetic field Results: Kittel's resonant frequency, lifetime, and bond strength are evaluated. (3) Ferromagnetic optical system design is completed.