東大と東北大など、金属膜の磁力を電気的にオンオフし透過光を制御することに成功

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東京大学、豊田工業大学、電力中央研究所、東北大学などからなる研究チームは2017年11月16日、金属膜の磁力を電気的にオンオフする技術を用いて、コバルト薄膜を透過する光の強度を制御することに成功したと発表した。少ない電力で光の透過強度を制御できるため、今後は光通信を支える光素子の性能向上や小型化・集積化・省エネ化などにおいて重要な役割が期待できるという。

光が物質を透過するときに起こる偏光面の回転は、光が透過する物質の磁気的性質とも深く関わっており、ファラデー効果として知られている。例えば、磁性体の膜に光を透過させた場合には、光の偏光面の回転は磁性体の磁化の方向に依存する。そのため、磁界を使って磁化の方向を変えることで偏光面の回転を制御できる。この手法は、光を一方向にのみ透過する光アイソレータなどに用いられてきた。その一方で、ファラデー効果を電気的に制御する手法はこれまでほぼ報告がなく、同研究チームは磁性の電界効果に注目して研究を進めてきた。

同研究チームはこれまで、自然界では磁石として存在するコバルト(金属)の薄膜を一方の電極としたコンデンサ構造を用いて、その磁力を電圧でオンオフすることに成功してきた。今回の研究では当該技術を用い、コバルトを透過する光の偏光面の回転(ファラデー回転角)を電圧で制御することに成功した。これはファラデー効果そのもののオンオフを電気的にコントロールできるようになったことを意味する。

コイルを用いて磁界を発生させることなく、すでに広く利用されている金属の磁石の膜を使った素子にもともと組み込まれた電極を用いて電圧を加える、というシンプルな構造で透過光を制御できるため、新たな光の制御方法として重要な役割を担うことが期待できるという。現段階ではファラデー回転角の制御量が実用レベルよりかなり小さいという課題があるものの、改善策も幾つか検討しており、今後はそれらの検証を行っていく予定としている。

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