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。

Co-doped TiO_2(Co-TiO_2) thin films are transparent and room-temperature ferromagnetic materials for ultraviolet and visible light. TiO_2 particles are used in near-term (~ 350nm) magneto-optical effects, which are expected to be reported in the next generation of short-wavelength communications. It is necessary to improve the magnetic and optical properties of the same thin film. In this paper, the preparation and evaluation of magnetic <1-x-y>and optical properties of Ti_ Co_xNb_yO_2 thin films were studied. The <1-x-y>thin films of Ti_ Co_xNb_yO_2 (x= 0.05, y =0 ~ 0.2) were grown by PLD on LSAT(100) substrates. The results of surface observation by micro-mirror of scanning type show that granular structure with diameter of 2 ~ 5nm and height of 1nm is observed, and the surface is flat. In addition, the <1-x-y>magnetic field dependence of Ti_ Co_xNb_yO_2 thin films on the return angle θ_F was measured. Theta_F increases when y &lt;0.06, and decreases when y&gt;0.06. The optimal composition of y=0.06 is: In practical applications, it is important to consider the product of θ_F in the absence of a magnetic field, y=0.06, θ_F ~ 0.7× 10^4 degree/cm, and the magnetic properties of a material. The external transmittance of Ti_<0.89>Co_<0.05>Nb_<0.06>O_2 thin films is about 60 ~ 70% for visible light. The transparency of the above Nb doped thin films is maintained.