特開 2023-133312 磁気光学材料およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023133312

(43)【公開日】2023-09-22

(54)【発明の名称】磁気光学材料およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/28 20060101AFI20230914BHJP

   H01F 10/16 20060101ALI20230914BHJP

【ＦＩ】

G02B27/28 A

H01F10/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023111670

(22)【出願日】2023-07-06

(62)【分割の表示】P 2022571854の分割

【原出願日】2022-01-12

(31)【優先権主張番号】P 2021003325

(32)【優先日】2021-01-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和元年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業、チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）、「トポロジカル集積光デバイスの創成」「新規磁性コンポジット材料およびプロセス技術の開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000173795

【氏名又は名称】公益財団法人電磁材料研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】岩本 敏

(72)【発明者】

【氏名】太田 泰友

(72)【発明者】

【氏名】池田 賢司

(72)【発明者】

【氏名】小林 伸聖

(57)【要約】

【課題】ファラデー回転角等の磁気光学特性の調節幅の増大を図りうる磁気光学材料およびその製造方法を提供する。
【解決手段】基板２０の温度が３００～８００［℃］の範囲に含まれる第１温度に制御され、かつ、当該基板２０の雰囲気圧力が１．０×１０^-4［Ｐａ］以下に制御される（第１工程）。赤外波長域にてＥＮＺ特性を示すＴＣＯ材料と、磁性金属との複合ターゲットまたは個別の複数のターゲットを用いて、基板２０の温度が３００～８００［℃］の範囲に含まれる第２温度に制御され、かつ、当該基板２０の雰囲気圧力が０．１～１０［Ｐａ］の範囲に制御されながら当該基板２０の上に磁気光学材料１０が成膜される（第２工程）。磁気光学材料１０は、透明導電性酸化物からなるマトリックス１１と、マトリックス１１に分散している磁性金属粒子１２と、からなるナノグラニュラー構造を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

赤外波長域にてＥＮＺ特性を示すＴＣＯ材料からなるマトリックスと、前記マトリックスに分散している磁性金属粒子と、からなるナノグラニュラー構造を有する磁気光学材料。

【請求項2】

請求項１に記載の磁気光学材料において、
前記マトリックスがＩｎ₂Ｏ₃系化合物であり、前記磁性金属粒子がＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種の金属またはその合金の粒子であり、
ＳｎをＭ成分として用いて、組成式Ｆｅ_ａＣｏ_ｂＮｉ_ｃＩｎ_ｘＯ_ｙＳｎ_ｚで表わされ、０≦ａ≦０．３５、０≦ｂ≦０．３５、０≦ｃ≦０．３５、０．０５≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．５０、０．２０≦ｘ≦０．４０、０．４０≦ｙ≦０．６０、０．０１≦ｚ≦０．２０、０．５０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．９５、かつ、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である磁気光学材料。

【請求項3】

請求項１に記載の磁気光学材料において、
前記マトリックスがＺｎＯ系材料であり、前記磁性金属粒子がＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種の金属またはその合金の粒子であり、
ＡｌおよびＧａから選択されるＭ成分を用いて、組成式Ｆｅ_ａＣｏ_ｂＮｉ_ｃＺｎ_ｘＯ_ｙＭ_ｚで表わされ、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚは原子比率で、０≦ａ≦０．３５、０≦ｂ≦０．３５、０≦ｃ≦０．３５、０．０５≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．５０、０．２０≦ｘ≦０．５０、０．２０≦ｙ≦０．５０、０．０１≦ｚ≦０．１０、０．５０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．９５、かつ、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である磁気光学材料。

【請求項4】

請求項１に記載の磁気光学材料において、
前記マトリックスがＣｄＯ系材料であり、前記磁性金属粒子がＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種の金属またはその合金の粒子であり、
ＩｎおよびＤｙから選択されるＭ成分を用いて、組成式Ｆｅ_ａＣｏ_ｂＮｉ_ｃＣｄ_ｘＯ_ｙＭ_ｚで表わされ、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚは原子比率で、０≦ａ≦０．３５、０≦ｂ≦０．３５、０≦ｃ≦０．３５、０．０５≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．５０、０．２０≦ｘ≦０．５０、０．２０≦ｙ≦０．５０、０．０２≦ｚ≦０．１０、０．５０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．９５、かつ、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である磁気光学材料。

【請求項5】

請求項１に記載の磁気光学材料において、
前記マトリックスがＳｎＯ₂系材料であり、前記磁性金属粒子がＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種の金属またはその合金の粒子であり、
ＦおよびＮｂから選択されるＭ成分を用いて、組成式Ｆｅ_ａＣｏ_ｂＮｉ_ｃＳｎ_ｘＯ_ｙＭ_ｚで表わされ、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚは原子比率で、０≦ａ≦０．３５、０≦ｂ≦０．３５、０≦ｃ≦０．３５、０．０５≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．５０、０．１５≦ｘ≦０．４０、０．３５≦ｙ≦０．７０、０．０２≦ｚ≦０．１０、０．５０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．９５、かつ、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である磁気光学材料。

【請求項6】

請求項１に記載の磁気光学材料において、
前記マトリックスがＴｉＯ₂系材料であり、前記磁性金属粒子がＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種の金属またはその合金の粒子であり、
組成式Ｆｅ_ａＣｏ_ｂＮｉ_ｃＴｉ_ｘＯ_ｙＮｂ_ｚで表わされ、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚは原子比率で、０≦ａ≦０．３５、０≦ｂ≦０．３５、０≦ｃ≦０．３５、０．０５≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．５０、０．１５≦ｘ≦０．４０、０．３５≦ｙ≦０．７０、０．０２≦ｚ≦０．１０、０．５０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．９５、かつ、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である磁気光学材料。

【請求項7】

請求項１に記載の磁気光学材料において、
前記マトリックスがＩｎ₂Ｏ₃－ＺｎＯ系材料であり、前記磁性金属粒子がＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種の金属またはその合金の粒子であり、
組成式Ｆｅ_ａＣｏ_ｂＮｉ_ｃＩｎ_ｘＧａ_yＺｎ_zＯ_wで表わされ、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚ、ｗは原子比率で、０≦ａ≦０．３５、０≦ｂ≦０．３５、０≦ｃ≦０．３５、０．０５≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．５０、０．１５≦ｘ≦０．４０、０．３５≦ｙ≦０．７０、０．０２≦ｚ≦０．１０、０．６５≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．９５、かつ、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１である磁気光学材料。

【請求項8】

基板の温度を３００～８００［℃］の範囲に含まれる第１温度に制御し、かつ、当該基板の雰囲気圧力を１．０×１０^-4［Ｐａ］以下に制御する第１工程と、
赤外波長域にてＥＮＺ特性を示すＴＣＯ材料または当該ＴＣＯ材料の基礎となる元素および化合物のうち少なくとも一方と、磁性金属との複合ターゲットまたは個別の複数のターゲットを用いて、前記基板の温度を３００～８００［℃］の範囲に含まれる第２温度に制御し、かつ、当該基板の雰囲気圧力を０．１～１０［Ｐａ］の範囲に制御しながら当該基板の上に磁気光学材料を成膜する第２工程と、を含む磁気光学材料の製造方法。

【請求項9】

請求項８記載の磁気光学材料の製造方法において、
前記第１温度が前記第２温度よりも高温である磁気光学材料の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気光学材料およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

磁気光学効果を有する層のファラデー回転角の増大を図るため、透明磁性層と誘電体との組み合わせにより当該層を構成することが提案されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－２７７８４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般的に、角速度ωの電磁波（光）が厚さｄの試料を透過する際のファラデー回転角θ_Fは、当該試料の誘電率テンソルの対角成分ε_xxおよび非対角成分ε_xyを用いて、関係式（０１）により表わされる。「ｃ」は光速である。

【0005】

θ_F＝（ωｄ／２ｃ）ε_xy／（ε_xx）^1/2 ‥（０１）。

【0006】

従来技術によれば、試料の誘電率テンソルの対角成分ε_xxを小さくすることにより、ファラデー回転角θ_Fの増大が図られているものの、試料の誘電率テンソルの非対角成分ε_xyが勘案されていなかったため、ファラデー回転角θ_Fの増大には限界があった。

【0007】

そこで、本発明は、ファラデー回転角等の磁気光学特性の調節幅の増大を図りうる磁気光学材料およびその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の磁気光学材料は、赤外波長域にてＥＮＺ（Ｅｐｓｉｌｏｎ Ｎｅａｒ Ｚｅｒｏ）特性を示す透明電極材料からなるマトリックスと、前記マトリックスに分散している磁性金属粒子と、からなるナノグラニュラー構造を有する。

【0009】

本発明の磁気光学材料の製造方法は、基板の温度を３００～８００［℃］の範囲に含まれる第１温度に制御し、かつ、当該基板の雰囲気圧力を１．０×１０^-4［Ｐａ］以下に制御する第１工程と、
赤外波長域にてＥＮＺ特性を示すＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ）材料（透明導電性材料）の基礎となる元素および化合物のうち少なくとも一方と、磁性金属との複合ターゲットまたは個別の複数のターゲットを用いて、前記基板の温度を３００～８００［℃］の範囲に含まれる第２温度に制御し、かつ、当該基板の雰囲気圧力を０．１～１０［Ｐａ］の範囲に制御しながら当該基板の上に前記磁気光学材料を成膜する第２工程と、を含む。

【発明の効果】

【0010】

本発明の磁気光学材料によれば、マトリックス中にナノ微粒子が分散したナノグラニュラー構造において、特定の波長域で誘電率が極めて零に近くなるＥＮＺ材料をマトリックスとして用いることにより誘電率テンソルの対角成分ε_xxを小さくするための調節幅の増大を図り、ナノ微粒子に強磁性金属を用いることによって誘電率テンソルの非対角成分ε_xyを大きくするための調節幅の増大が図られることにより、ファラデー回転角θ_Fなどの磁気光学特性の調節幅のさらなる増大が図られる。誘電率テンソルの対角成分ε_xxを小さくするための調節幅の増大に加えて、さらに誘電率テンソルの非対角成分ε_xyを大きくするための調節幅の増大が図られることにより、ファラデー回転角θ_Fなどの磁気光学特性の調節幅のさらなる増大が図られる（関係式（０１）参照）。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係る磁気光学材料の構造に関する模式的説明図。

【図2】本発明に係る磁気光学材料の製造方法に関する模式的説明図。

【図3】実施例および比較例のＸＲＤスペクトルに関する説明図。

【図4】実施例および比較例の電気抵抗率に関する説明図。

【図5】実施例および比較例のファラデー回転角の波長依存性に関する説明図。

【図6】実施例および比較例の磁化曲線に関する説明図。

【図7】実施例の誘電率の波長依存性に関する説明図。

【図8】実施例および比較例の光透過率に関する説明図。

【図9】実施例および比較例の光反射率に関する説明図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態としての磁気光学材料１０において、マトリックス１１はＩｎ₂Ｏ₃系化合物であり、磁性金属粒子１２はＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種の金属またはその合金の粒子である。図１に模式的に示されているように、磁気光学材料１０は、赤外波長域にてＥＮＺ特性を示すＴＣＯ材料からなるマトリックス１１と、マトリックス１１に分散している磁性金属粒子１２と、により構成されているナノグラニュラー構造を有する。磁性金属粒子１２の粒径は、例えば２～２０ｎｍの範囲に含まれている。これは、他の実施形態における磁気光学材料１０においても同様である。

【0013】

磁気光学材料１０は、ＳｎをＭ成分として用いて、組成式Ｆｅ_ａＣｏ_ｂＮｉ_ｃＩｎ_ｘＯ_ｙＭ_ｚで表わされ、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚは原子比率で、０≦ａ≦０．３５、０≦ｂ≦０．３５、０≦ｃ≦０．３５、０．０５≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．５０、０．２０≦ｘ≦０．４０、０．４０≦ｙ≦０．６０、０．０１≦ｚ≦０．２０、０．５０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．９５、かつ、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。Ｇｅ、Ｍｏ、Ｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、ＷおよびＴｅから選択される１種以上の元素がＭ成分として採用されてもよい。

【0014】

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態としての磁気光学材料１０において、マトリックス１１はＺｎＯ系材料であり、磁性金属粒子１２はＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種の金属またはその合金の粒子である。磁気光学材料１０は、ＡｌおよびＧａから選択されるＭ成分を用いて、組成式Ｆｅ_ａＣｏ_ｂＮｉ_ｃＺｎ_ｘＯ_ｙＭ_ｚで表わされ、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚは原子比率で、０≦ａ≦０．３５、０≦ｂ≦０．３５、０≦ｃ≦０．３５、０．０５≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．５０、０．２０≦ｘ≦０．５０、０．２０≦ｙ≦０．５０、０．０１≦ｚ≦０．１０、０．５０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．９５、かつ、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。Ｂ、Ｉｎ、Ｙ、Ｓｃ、Ｆ、Ｖ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆから選択される１種以上の元素がＭ成分として採用されてもよい。

【0015】

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態としての磁気光学材料１０において、マトリックス１１はＣｄＯ系材料であり、磁性金属粒子１２はＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種の金属またはその合金の粒子である。磁気光学材料１０は、ＩｎおよびＤｙから選択されるＭ成分を用いて、組成式Ｆｅ_ａＣｏ_ｂＮｉ_ｃＣｄ_ｘＯ_ｙＭ_ｚで表わされ、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚは原子比率で、０≦ａ≦０．３５、０≦ｂ≦０．３５、０≦ｃ≦０．３５、０．０５≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．５０、０．２０≦ｘ≦０．５０、０．２０≦ｙ≦０．５０、０．０２≦ｚ≦０．１０、０．５０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．９５、かつ、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。ＳｎがＭ成分として採用されてもよい。

【0016】

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態としての磁気光学材料１０において、マトリックス１１はＳｎＯ₂系材料であり、磁性金属粒子１２はＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種の金属またはその合金の粒子である。磁気光学材料１０は、ＦおよびＮｂから選択されるＭ成分を用いて、組成式Ｆｅ_ａＣｏ_ｂＮｉ_ｃＳｎ_ｘＯ_ｙＭ_ｚで表わされ、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚは原子比率で、０≦ａ≦０．３５、０≦ｂ≦０．３５、０≦ｃ≦０．３５、０．０５≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．５０、０．１５≦ｘ≦０．４０、０．３５≦ｙ≦０．７０、０．０２≦ｚ≦０．１０、０．５０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．９５、かつ、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である

【0017】

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態としての磁気光学材料１０において、マトリックス１１はＴｉＯ₂系材料であり、磁性金属粒子１２はＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種の金属またはその合金の粒子である。磁気光学材料１０は、組成式Ｆｅ_ａＣｏ_ｂＮｉ_ｃＴｉ_ｘＯ_ｙＮｂ_ｚで表わされ、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚは原子比率で、０≦ａ≦０．３５、０≦ｂ≦０．３５、０≦ｃ≦０．３５、０．０５≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．５０、０．１５≦ｘ≦０．４０、０．３５≦ｙ≦０．７０、０．０２≦ｚ≦０．１０、０．５０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．９５、かつ、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。

【0018】

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態としての磁気光学材料１０において、マトリックス１１はＩｎ₂Ｏ₃－ＺｎＯ系材料であり、磁性金属粒子１２はＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種の金属またはその合金の粒子である。磁気光学材料１０は、組成式Ｆｅ_ａＣｏ_ｂＮｉ_ｃＩｎ_ｘＧａ_yＺｎ_zＯ_wで表わされ、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚ、ｗは原子比率で、０≦ａ≦０．３５、０≦ｂ≦０．３５、０≦ｃ≦０．３５、０．０５≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．５０、０．１５≦ｘ≦０．４０、０．３５≦ｙ≦０．７０、０．０２≦ｚ≦０．１０、０．６５≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．９５、かつ、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１である。

【0019】

（製造方法）
本発明の磁気光学材料１０は基板上に成膜される。基板としては、石英ガラスまたはコーニング社製♯７０５９（コーニング社の商品名）などのガラス基板、表面を熱酸化した単結晶ＳｉウエハまたはＭｇＯ基板が採用される。

【0020】

図２に示されているように、例えばＦｅ、ＣｏおよびＮｉのうち少なくとも１つを含む磁性金属の円板２２の上に、マトリックス１１を構成するＩＴＯ、ＡＺＯまたはＧＺＯ、ＩＧＺＯなどの赤外波長域にてＥＮＺ特性を示すＴＣＯ材料のチップ２１が配置された複合ターゲットが用いられ、スパッタリング法によって磁気光学材料１０が成膜される。ＴＣＯ材料のチップ２１に代えて、当該ＴＣＯ材料を構成する元素または当該元素の化合物のチップが用いられてもよい。母材に同一のまたは相応する酸化物（例えばＩｎ₂Ｏ₃）または窒化物（例えばＧａＮ）のチップと、ドーパント（例えばＳｎ、Ｇｅ）のチップとが用いられてもよい。第６実施形態に関して、Ｉｎ₂Ｏ₃チップおよびＺｎＯチップが母材チップとして用いられてもよい。

【0021】

複合ターゲットに代えて、磁性金属ターゲットおよびＴＣＯ材料ターゲット、または、磁性金属ターゲットならびにＴＣＯ材料を構成する元素および／または当該元素の化合物のそれぞれのターゲットが用いられてもよい。この際、スパッタリング法により、磁気光学材料１０の組成比を調節するために各ターゲットのスパッタ電力およびスパッタ電力供給時間などの因子が調節されながら磁気光学材料１０が成膜されてもよい。

【0022】

スパッタ成膜に際して、Ａｒガス、ＡｒおよびＮ₂の混合ガスまたはＡｒおよびＯ₂の混合ガスが雰囲気ガスとして用いられる。成膜時間の長短により膜厚が制御され、例えば０．３～３［μｍ］の磁気光学材料１０が製造される。成膜前の「第１工程」において、基板の温度が３００～８００［℃］の範囲に含まれる第１温度に制御された。また、不純物混入などの影響によるマトリックスの結晶性の低下とそれに伴う透過率の低下を抑制するため、当該基板の雰囲気圧力が１．０×１０^-4［Ｐａ］以下に制御される。成膜工程としての「第２工程」において、基板の温度が３００～８００［℃］の範囲に含まれる第２温度に制御された。また、当該基板の雰囲気圧力が０．１～１０［Ｐａ］の範囲に含まれるように制御された。成膜時のスパッタ電力は５０～３５０［Ｗ］に調節された。

【0023】

第１温度は第２温度と等温または低温であってもよいが、第１温度が第２温度よりも高温になるように第１工程および第２工程のそれぞれにおいて基板の温度が制御されることが好ましい。

【0024】

（実施例・比較例）
基板の上に、スパッタリング法により実施例１－１～１－５および比較例１－１～１－４のそれぞれの薄膜が作製された。実施例および比較例の数番Ｎ－Ｍは、第Ｎ実施形態（Ｎ＝１～７）の第Ｍ実施例または第Ｍ比較例を表わしている。基板としては、約０．５ｍｍ厚の石英基板もしくはコーニング社製＃７０５９（コーニング社の商品名）ガラス基板が用いられた。表１には、各実施例および各比較例の薄膜の組成を表わす原子比率ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚの数値が示されている。スパッタリングに際して用いられる複合ターゲットの組成が調節されることにより、薄膜の組成が調節された。

【0025】

【表1】

【0026】

実施例および比較例の磁気光学材料１０の作成に際して、第１工程（成膜前）における基板の温度（第１温度）および第２工程（成膜時）における基板の温度（第２温度）は同一の温度に制御された。適当なヒータにより基板が加熱されることにより、当該基板の温度が制御された。基板が収容されたチャンバが真空ポンプにより真空吸引されることによって、基板の雰囲気圧力が制御された。

【0027】

図３左側には、マトリックス１１がＩＴＯである実施例１－１～１－５のそれぞれの磁気光学材料１０のＸＲＤスペクトルが、一点鎖線、二点鎖線、点線、破線および実線のそれぞれにより示されている。図３右側には、マトリックス１１がＩＴＯである比較例１－１～１－４のそれぞれの磁気光学材料１０のＸＲＤスペクトルが、一点鎖線、二点鎖線、点線および破線のそれぞれにより示されている。図３から、ナノ磁性粒子であるＦｅＣｏおよびＮｉに由来する回折ピークが確認できることがわかる。また、比較例１－２および比較例１－４から磁性金属含有量が多くなるとマトリックスのＩＴＯの結晶性が低下することが分かる。

【0028】

（電気抵抗率）
図４左側には、マトリックス１１がＩＴＯである実施例１－１～１－５のそれぞれの磁気光学材料１０の電気抵抗率が示されている。図４左側における丸付き数字Ｍは、実施例１－Ｍに対応している。図４右側には、マトリックス１１がＩＴＯである比較例１－１～１－４のそれぞれの磁気光学材料１０の電気抵抗率が示されている。図４右側における四角付き数字Ｍは、比較例１－Ｍに対応している。図４から、実施例ではＩＴＯマトリックスの高い電気伝導性に応じた抵抗率が得られており、キャリア密度とキャリアの移動度が高いことから誘電率が零に近くなる波長帯域が近赤外領域に存在していることがわかる。一方、比較例１－１および比較例１－３の磁性金属含有量が多い試料で抵抗率の増加が確認される。結晶性の低下に由来するキャリアの移動度の低下などによるものであると考えられ、近赤外領域でのＥＮＺ特性の発現に不適であることを示している。

【0029】

（ファラデー回転角の波長依存性）
図５左側には、マトリックス１１がＩＴＯである実施例１－１～１－５のそれぞれの磁気光学材料１０のファラデー回転角θ_Fの波長依存性の測定結果が、一点鎖線、二点鎖線、点線、破線および実線のそれぞれにより示されている。図５右側には、マトリックス１１がＩＴＯである比較例１－１～１－４のそれぞれの磁気光学材料１０のファラデー回転角θ_Fの波長依存性の測定結果が、一点鎖線、二点鎖線、点線および破線のそれぞれにより示されている。図５から、実施例の磁気光学材料１０のファラデー回転角θ_Fの最大値が、波長範囲５００～１７００ｎｍにおいて０．３から２．８［ｄｅｇ／μｍ］の範囲に含まれており、磁気光学材料として有効に機能していることがわかる。実施例１－１～１－３のそれぞれの磁気光学材料１０のファラデー回転角θ_Fが、波長が長くなるにつれて約９００ｎｍで符号が正から負に変化していることがわかる。これは、マトリックス中にナノメートルサイズの磁性微粒子が分散したナノグラニュラー構造に起因した磁気光学特性であり、ＩＴＯマトリックス中に磁性金属が分散したナノグラニュラー構造が形成され、その構造に由来した磁気光学効果が発現していることを意味している。一方、比較例１－２および１－４はファラデー効果が確認されていないことから、磁性金属の含有量が不足していることを示している。

【0030】

（磁化曲線）
図６左側には、マトリックス１１がＩＴＯである実施例１－１～１－５のそれぞれの磁気光学材料１０の磁化曲線が、一点鎖線、二点鎖線、点線、破線および実線のそれぞれにより示されている。図６右側には、マトリックス１１がＩＴＯである比較例１－１～１－４のそれぞれの磁気光学材料１０の磁化曲線が、一点鎖線、二点鎖線、点線および破線のそれぞれにより示されている。図６から、磁性金属含有量が大きくなるほど飽和磁束密度Ｂｓが大きくなっていることがわかる。さらに、強磁性主体の磁気特性であり、ナノ磁性粒子由来の磁気特性が得られていることがわかる。一方、比較例１－２および１－４は磁化がほぼ確認されていないことから、磁性金属の含有量が不足していることを示している。

【0031】

（光学定数）
図７には、マトリックス１１がＩＴＯである実施例１－１および１－４のそれぞれの誘電率の実数成分の波長依存性の測定結果が、一点鎖線および破線のそれぞれにより示されている。複素屈折率ｍは、複素誘電率ε（ω）および複素透磁率μ（ω）を用いて、関係式（０２）により表わされる。ここで、複素透磁率μ（ω）は、周波数帯域が強磁性共鳴周波数に対して十分に高い周波数であるため、１として取り扱うことができる。

【0032】

ｍ＝｛ε（ω）・μ（ω）／（ε₀・μ₀）｝^1/2 ‥（０２）。

【0033】

図７から、可視光および近赤外光を含む２００～２０００［ｎｍ］の範囲に含まれる波長λ（＝ｃ（光速）／ｆ）において、磁気光学材料１０の屈折率ｎが約１．１～２．１の範囲に含まれていることがわかる。また、磁気光学材料１０の屈折率ｎは、波長λが長くなるにつれて徐々に大きくなり、約１０００ｎｍで極大値を示した後、徐々に小さくなっていることがわかる。

【0034】

図７から、当該波長範囲において、薄膜の誘電率の実数成分が１７００ｎｍ付近および１９００ｎｍ付近で零となっており、ＩＴＯマトリックス中に磁性金属が分散したナノグラニュラー構造においてＥＮＺ特性が得られていることが確認される。

【0035】

（透過特性）
図８左側には、マトリックス１１がＩＴＯである実施例１－１～１－５のそれぞれの磁気光学材料１０の透過率の波長依存性の測定結果が、一点鎖線、二点鎖線、点線、破線および実線のそれぞれにより示されている。図８右側には、マトリックス１１がＩＴＯである比較例１－１～１－４のそれぞれの磁気光学材料１０の透過率の波長依存性の測定結果が、一点鎖線、二点鎖線、点線および破線のそれぞれにより示されている。

【0036】

図８から、金属粒子の含有量が高くなるほど磁気光学材料１０の透過率が低くなる傾向があることがわかる。また、可視光域に高い光透過帯域を有するＩＴＯマトリックスに由来した光透過特性を示していることがわかる。その一方、実施例１－１、１－２および１－４については、透過率が１０～５０％の範囲に含まれているため、光の伝送損失を抑制する観点から特に好ましい。一方、比較例１－１および１－３は光透過率が２％以下となり光の伝送損失の観点から不適である。

【0037】

（透過特性）
図９左側には、マトリックス１１がＩＴＯである実施例１－１～１－５のそれぞれの磁気光学材料１０の反射率の波長依存性の測定結果が、一点鎖線、二点鎖線、点線、破線および実線のそれぞれにより示されている。図９右側には、マトリックス１１がＩＴＯである比較例１－１～１－４のそれぞれの磁気光学材料１０の反射率の波長依存性の測定結果が、一点鎖線、二点鎖線、点線および破線のそれぞれにより示されている。

【0038】

図９から、赤外領域における高い反射率が確認され、ＩＴＯマトリックスのフリーキャリア吸収に基づく光学特性を示しているとがわかる。

【符号の説明】

【0039】

１０‥磁気光学材料、１１‥マトリックス、１２‥磁性金属粒子、２０‥基板、２１‥ＴＣＯ材料を構成するためのチップ、２２‥磁性金属の円板。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】