45年ぶりに新たな磁気光学材料を発見――東北大など、従来の40倍の巨大ファラデー効果を示す薄膜材料の開発に成功

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電磁材料研究所、東北大学、日本原子力研究開発機構の研究グループは2018年3月29日、45年ぶりとなる新たな磁気光学材料の開発に成功したと発表した。開発した材料は、光通信に用いられる波長(1550nm)の光に対して、実用材料であるビスマス鉄ガーネット(Bi-YIG)の約40倍もの巨大なファラデー効果を示すという。

磁気光学効果の一つであるファラデー効果を示す材料は、光デバイスや光通信システムに広く用いられ、先端情報技術に不可欠な存在となっている。しかしながら1972年にBi-YIGが発見されて以来、Bi-YIGを超えるファラデー効果を有する物質は見つかっていなかった。さらに、光学デバイスを小型化/集積化するには、材料の薄膜化が必須となるためBi-YIGの薄膜化の検討がなされてきたが、それらの特性はバルクBi-YIGに大きく劣る。そのため、これまでのファラデー効果を用いたデバイスでは設計や性能が限定されていた。

同研究グループは、ナノメートルの微細複合構造を持つナノグラニュラー磁性体の研究開発を進め、Bi-YIGと比較して巨大なファラデー回転角を有する薄膜材料の開発に成功した。この材料は、粒径が数ナノメートルの鉄-コバルト合金微粒子(グラニュール)が、フッ化アルミニウムやフッ化イットリウムなどのフッ化物セラミックスからなる媒質(マトリックス)中に分散した構造を有する。この構造により、グラニュールとマトリックスの界面においてグラニュールを構成する鉄やコバルト原子の磁気モーメントが増大し、大きなファラデー効果が得られるという。

45年ぶりに見出されたこの新しい材料は、従来材料の約40倍のファラデー効果を示し、また薄膜材料のため光デバイスの設計自由度も大幅に拡大する。今回の成果を発展させることで光デバイスの高性能化や小型化/集積化が可能になり、大幅な省エネルギー化を実現できるとしている。

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