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イプシロンニアゼロ材料における非線形磁気光学

ε 近零材料中的非线性磁光

基本信息

批准号：
22K18989
负责人：
太田泰友
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、イプシロンニアゼロ（ENZ）特性を示す酸化インジウムスズ（ITO）を舞台に、磁気光学（MO）効果の非線形光学応答の観測とその応用を検討するものである。初年度は、ガラス基板上への高品質ITOの成膜を試みるとともに、作製したITO薄膜に対する光学評価を行った。また、MO-ENZ材料を取り込んだ光学素子の設計にも取り組んだ。ITOの成膜では、スパッタターゲットの工夫やスパッタ条件の精密制御を通じて高品質化を図った。作製した薄膜はエリプソメーター等で評価し、その誘電率などを解析した。まず、ITO中の酸素濃度を変化させることでENZ波長の制御を試みた。結果、目標とする近赤外領域においてENZ特性を示すITO薄膜の形成に成功した。特に、高温での成膜条件を見出すことで、先行研究と比べてENZ波長における光学損失が小さなITO膜を形成することが可能となった。次に、同薄膜に対するMO分光を進めた。可視から近赤外域において、透過反射分光を行いガラス基板の影響を差し引くことでITO薄膜のMO応答を調べた。結果、近赤外域においてFaraday回転およびKerr回転ピークをENZ波長近傍で観測することに成功した。酸素濃度を変化させた試料においては、MO応答のピーク波長がシフトを示し、ENZ効果によって増強されていることが確認された。光学デバイスの設計では、ENZ材料をクラッドとしたフォトニック結晶構造の解析に取り組んだ。有限要素法をベースとしてヘルムホルツ方程式を解析しバンド構造などの基礎的な光学応答を調べた。

In this paper, we discuss the application of the measurement of nonlinear optical response (NLO) based on magneto-optic (MO) and ITO (ITO) properties. In the early years, high-quality ITO films were formed on the substrate. MO-ENZ material selection, optical element design, selection and composition ITO film formation is a process of high quality. For example, if the film is made, the inductance of the film will be analyzed. The concentration of acid in ITO is changed. The wavelength of ENZ is controlled. The results show that the ITO thin film is successfully formed in the near-infrared region. Special, high temperature film formation conditions were found, and the optical loss of ITO film was reduced compared with ENZ wavelength. Second, the same thin film MO spectroscopy The effect of the substrate on the optical properties of ITO thin films is different from that of the near-infrared region and the transmission and reflection spectroscopy. The results show that the Faraday loop and Kerr loop are successfully measured near the ENZ wavelength. The concentration of the acid in the sample is determined by the wavelength of the MO and the intensity of the ENZ. Optical design, ENZ material analysis, crystal structure analysis The finite element method is used to analyze the basic optical response of the structure.