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。

这项研究检查了磁光（MO）效应的非线性光学响应及其在二锡氧化物（ITO）中的应用，该氧化物（ITO）呈现出Epsilonnier Zero（ENZ）性质。在第一年，我们试图将高质量的ITO膜放在玻璃基板上，并对制备的ITO薄膜进行了光学评估。他还致力于设计结合Mo-Enz材料的光学元素。在ITO膜的形成中，通过溅射靶标的独创性和溅射条件的精确控制来实现高质量。使用椭圆机等评估制备的薄膜，并分析了介电常数。首先，我们试图通过改变ITO中的氧浓度来控制ENZ波长。结果，我们成功地形成了一个ITO薄膜，该膜在目标近红外区域中表现出ENZ特征。特别是，通过在高温下找到膜形成条件，与先前的研究相比，在ENZ波长处形成具有小光损耗的ITO膜。接下来，对同一薄膜进行了MO光谱法。通过减去玻璃底物的影响，通过透射光谱法检查了ITO薄膜的MO响应。结果，我们成功地观察到了enz波长附近的近红外区域的法拉第旋转和Kerr旋转峰。在氧浓度不同的样品中，MO响应的峰值波长显示出偏移，并证实ENZ效应得到了增强。在光学设备的设计中，我们致力于使用ENZ材料作为包裹分析光子晶体结构。基于有限元方法，分析了Helmholtz方程，以研究基本的光学响应，例如带结构。