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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-02
(45)【発行日】2023-08-10
(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】
G02F 1/09 20060101AFI20230803BHJP
H01F 1/00 20060101ALI20230803BHJP
H01F 1/20 20060101ALI20230803BHJP
H01F 10/14 20060101ALI20230803BHJP
H01F 10/16 20060101ALI20230803BHJP
【ＦＩ】
G02F1/09 501
H01F1/00 163
H01F1/20 ZNM
H01F10/14
H01F10/16
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2021134657
(22)【出願日】2021-08-20
(65)【公開番号】P2023028766
(43)【公開日】2023-03-03
【審査請求日】2022-11-22
【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、戦略的創造研究事業、チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）、「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
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【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】弁理士法人創成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小林 伸聖
(72)【発明者】
【氏名】岩佐 忠義
(72)【発明者】
【氏名】池田 賢司
(72)【発明者】
【氏名】荒井 賢一
【審査官】大西 孝宣
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－０９８４２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２７３６２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０９９９２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－２０６９７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０４１５９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０３１０８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０８８０７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１７５６１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１９４５９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／０１６８９１（ＷＯ，Ａ２）
【文献】小林 伸聖、 池田 賢司、 荒井 賢一，FeCo-BaFおよびFeCo-SiN系ナノグラニュラー膜の 巨大ファラデー効果，電気学会論文誌Ａ（基礎・材料・共通部門誌），日本，一般社団法人 電気学会，2021年02月01日，第141巻,第2号，p.123-127，https://doi.org/10.1541/ieejfms.141.123
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｆ １／００ － １／１２５
Ｇ０２Ｆ １／２１ － ７／００
Ｈ０１Ｆ １／００ － １／４４
Ｈ０１Ｆ １０／００ － １０／３２
Ｈ０１Ｆ ４１／１４ － ４１／３４
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ナノ粒子がマトリックスに分散しているナノグラニュラー構造を有し、前記マトリックスが、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉおよび希土類元素からなる群から選択される少なくとも１種以上の元素を含むフッ化物マトリックスであり、
前記ナノ粒子が、Ｆｅ－Ｐｔ合金、Ｃｏ－Ｐｔ合金、Ｆｅ－Ｃｏ―Ｎｉ―Ａｌ合金、ＣｏフェライトおよびＢａフェライトからなる群から選択される少なくとも１種の磁化を有し、Ｆｅ－Ｐｔ規則相、Ｃｏ3－Ｐｔ規則相またはスピネル相からなる磁性ナノ粒子であり、
４００ｎｍ～２０００ｎｍの波長帯の入射光に対して光透過率が［１％／μm］以上であり、
磁界が印加されていない状態において、６００ｎｍ～１６００ｎｍの波長帯のうち少なくとも一部の波長帯の光に対して残留磁化に伴うファラデー回転角の絶対値が０．２［ｄｅｇ．／μm］以上である
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、ナノグラニュラー構造中に含まれる全部の磁性ナノ粒子のマトリックスに対する体積比率が１０％以上５０％以下である
磁気光学材料。
【請求項3】
請求項１～２のうちいずれか１項に記載の磁気光学材料の製造方法であって、前記磁性ナノ粒子が前記フッ化物マトリックスに分散しているナノグラニュラー構造を有するナノグラニュラー材料を作製する工程と、
前記磁性ナノ粒子が規則化する温度範囲において、前記ナノグラニュラー材料を熱処理する工程と、を含んでいる
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、ナノグラニュラー構造を有する磁気光学材料に関する。
【背景技術】
【0002】
本願発明者により、フッ化物マトリックスにナノメーターサイズの磁性金属グラニュールが分散しているナノグラニュラー構造を有する、磁気光学材料が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この磁気光学材料は、高いファラデー回転角および良好な透光性を有しており、かつ、近赤外波長域で優れた磁気光学特性を示しているので、種々の光通信デバイスに適用可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第６６１９２１６号公報
【非特許文献】
【0004】
【文献】日本金属学会報「まてりあ」Ｖｏｌ．３７（１９９８）、Ｎｏ．９、ｐ．７４５－７４８、グラニュラー系のトンネル型巨大磁気抵抗－高次のスピン依存トンネル効果－
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、磁気光学材料にファラデー効果または磁気旋光効果を発現させるためには、当該磁気光学材料に磁場が印加されている必要がある。このため、その分だけ磁気光学材料の光通信デバイスへの適用範囲が制限されることになる。
【0006】
そこで、本発明は、磁場が印加されていない状態でもファラデー効果を発現し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課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の磁気光学材料は、
ナノ粒子がマトリックスに分散しているナノグラニュラー構造を有し、
前記マトリックスが、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉおよび希土類元素からなる群から選択される少なくとも１種以上の元素を含むフッ化物マトリックスであり、
前記ナノ粒子が、Ｆｅ－Ｐｔ合金、Ｃｏ－Ｐｔ合金、Ｆｅ－Ｃｏ―Ｎｉ―Ａｌ合金、ＣｏフェライトおよびＢａフェライトからなる群から選択される少なくとも１種の残留磁化を有し、Ｆｅ－Ｐｔ規則相、Ｃｏ3－Ｐｔ規則相またはスピネル相からなる磁性ナノ粒子である。
また、４００ｎｍ～２０００ｎｍの波長帯の入射光に対して光透過率が［１％／μm］以上であり、磁界が印加されていない状態において、磁化に伴うファラデー回転角の絶対値が０．２［ｄｅｇ．／μm］以上である。
ナノ粒子がマトリックスに分散しているナノグラニュラー構造を有し、
前記マトリックスが、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉおよび希土類元素からなる群から選択される少なくとも１種以上の元素を含むフッ化物マトリックスであり、
前記ナノ粒子が、Ｆｅ－Ｐｔ合金、Ｃｏ－Ｐｔ合金、Ｆｅ－Ｃｏ―Ｎｉ―Ａｌ合金、ＣｏフェライトおよびＢａフェライトからなる群から選択される少なくとも１種の残留磁化を有し、Ｆｅ－Ｐｔ規則相、Ｃｏ3－Ｐｔ規則相またはスピネル相からなる磁性ナノ粒子である。
また、４００ｎｍ～２０００ｎｍの波長帯の入射光に対して光透過率が［１％／μm］以上であり、磁界が印加されていない状態において、磁化に伴うファラデー回転角の絶対値が０．２［ｄｅｇ．／μm］以上である。
【0008】
本発明の磁気光学材料の製造方法は、
前記磁性ナノ粒子が前記フッ化物マトリックスに分散しているナノグラニュラー構造を有するナノグラニュラー材料を作製する工程と、
前記磁性ナノ粒子がＦｅ－Ｐｔ規則相、Ｃｏ－Ｐｔ規則相またはスピネル相を形成する温度範囲において、前記ナノグラニュラー材料を熱処理する工程と、を含んでいる。
前記磁性ナノ粒子が前記フッ化物マトリックスに分散しているナノグラニュラー構造を有するナノグラニュラー材料を作製する工程と、
前記磁性ナノ粒子がＦｅ－Ｐｔ規則相、Ｃｏ－Ｐｔ規則相またはスピネル相を形成する温度範囲において、前記ナノグラニュラー材料を熱処理する工程と、を含んでいる。
【発明の効果】
【0009】
本発明の磁気光学材料によれば、磁性ナノ粒子の残留磁化により、磁場が印加されていない状態でもファラデー効果を発現しうる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】試料１のファラデーループを示す図。
【図2】試料１の光の波長と零磁界におけるファラデー回転角の絶対値の関係を示す図。
【図3】試料１のＸＲＤパターンを示す図。
【図4】試料２のファラデーループを示す図。
【図5】試料２の光の波長と零磁界におけるファラデー回転角の絶対値の関係を示す図。
【図6】試料２のＸＲＤパターンを示す図。
【図7】試料３のファラデーループを示す図。
【図8】試料３の光の波長と零磁界におけるファラデー回転角の絶対値の関係を示す図。
【図9】試料３のＸＲＤパターンを示す図。
【図10】試料４のファラデーループを示す図。
【図11】試料４の光の波長と零磁界におけるファラデー回転角の絶対値の関係を示す図。
【図12】試料４のＸＲＤパターンを示す図。
【図13】試料５のファラデーループを示す図。
【図14】試料５の光の波長と零磁界におけるファラデー回転角の絶対値の関係を示す図。
【図15】試料５のＸＲＤパターンを示す図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明者らは、高い磁化特性および良好な透光性を有し、かつ近赤外領域で優れた磁気光学特性を示し、種々の光通信デバイスに適用可能な磁気光学材料を得るために研究を重ねた。その結果、本発明者の一部を含む研究者により巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）材料として提案されたナノグラニュラー磁性材料（非特許文献１参照）のうち、フッ化物マトリックスとｎｍサイズの金属グラニュールからなるものが、透光性マトリックス中に微細な磁性金属グラニュールが分散して存在する効果により高い磁化特性および良好な透光性を有し、近赤外領域で優れた磁気光学特性を示すことを見出した。
【0012】
以下、本発明に係る磁気光学材料の「組成および構造」、「特性」および「製造方法」に関して説明する。
【0013】
（組成および構造）
本発明の磁気光学材料は、磁性ナノ粒子（ナノグラニュール）がフッ化物マトリックスに分散したナノグラニュラー構造を有し、磁性ナノ粒子が、Ｆｅ－Ｐｔ合金、Ｃｏ－Ｐｔ合金、Ｆｅ－Ｃｏ―Ｎｉ―Ａｌ合金、Ｃｏフェライト、Ｂａフェライトのいずれかの残留磁化を有する磁石材料で構成され、マトリックスがＬｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉ、希土類元素から選択される少なくとも１種以上の元素を含むフッ化物である。
本発明の磁気光学材料は、磁性ナノ粒子（ナノグラニュール）がフッ化物マトリックスに分散したナノグラニュラー構造を有し、磁性ナノ粒子が、Ｆｅ－Ｐｔ合金、Ｃｏ－Ｐｔ合金、Ｆｅ－Ｃｏ―Ｎｉ―Ａｌ合金、Ｃｏフェライト、Ｂａフェライトのいずれかの残留磁化を有する磁石材料で構成され、マトリックスがＬｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉ、希土類元素から選択される少なくとも１種以上の元素を含むフッ化物である。
【0014】
本発明の磁気光学材料は、磁性ナノ粒子の平均粒径が５０ｎｍ以下の磁性グラニュールが、フッ化物からなるマトリックスに均一に分布したナノグラニュラー構造をとる。このように優れた光透過性を有するフッ化物中に微細な磁性グラニュールが分散して存在する効果により、優れた特性を有する磁気光学材料となる。すなわち、フッ化物中に平均粒径が５０ｎｍ以下の磁性ナノ粒子が分散することにより、磁性グラニュールに起因する磁性とマトリックスに起因する光透過性を同時に発揮することができる。このようなナノグラニュラー構造は、スパッタリングのような薄膜作製技術により上記組成の薄膜を形成することにより得ることができる。
【0015】
ナノグラニュラー構造中に含まれる全部の磁性ナノ粒子のマトリックスに対する体積比率が１０％以上５０％以下であることが好ましい。磁性ナノ粒子の体積比率が１０％未満では、含まれる磁性成分が少ないため磁性が失われ磁性体として機能しなくなり、その一方で５０％を超えると、含まれる磁性成分が多くなり磁性ナノ粒子の粒径が５０ｎｍを超えて、隣り合う磁性ナノ粒子が接触・結合し、マトリックスのフッ化物を透過する入射光が磁性ナノ粒子に遮られ光透過性が失われる。
【0016】
磁性ナノ粒子は、保磁力と残留磁化とを有するＦｅ－Ｐｔ合金、Ｃｏ－Ｐｔ合金、Ｆｅ-Ｎｉ－Ａｌ合金、Ｃｏフェライト、Ｂａフェライト磁石からなり、なるべく大きな残留磁化を有することが望ましい。磁石材料を用いることによって、磁場を印可しない状態でも磁化を有し、残留磁化に伴うファラデー効果を発揮することができる。磁性ナノ粒子が残留磁化を持つ磁石特性を発揮するためには、それぞれに最適な熱処理を実施した規則相またはスピネル相を伴う結晶である必要がある。磁気異方性を付与するための、磁場中熱処理(磁場中冷却)も有効である。
【0017】
本発明に係る磁気光学材料は、上記組成であれば薄膜でもバルクでもよいが、光通信デバイスの小型化に対応するには薄膜が適している。
【0018】
（特性）
次に、本発明に係る磁気光学材料の特性について説明する。
次に、本発明に係る磁気光学材料の特性について説明する。
【0019】
（１．光透過性）
本発明に係る磁気光学材料は、波長が４００ｎｍから２０００ｎｍまでの可視光領域を含む紫外から近赤外領域での任意の波長の入射光に対して、厚さ１μｍに対して１％以上の光透過率を有する。好ましくは、磁性体厚さ１μｍに対して１０％以上である。このように広い範囲で良好な光透過性を有するため、種々の光通信デバイスに適したものとなる。
本発明に係る磁気光学材料は、波長が４００ｎｍから２０００ｎｍまでの可視光領域を含む紫外から近赤外領域での任意の波長の入射光に対して、厚さ１μｍに対して１％以上の光透過率を有する。好ましくは、磁性体厚さ１μｍに対して１０％以上である。このように広い範囲で良好な光透過性を有するため、種々の光通信デバイスに適したものとなる。
【0020】
（２．磁気特性）
本発明に係る磁気光学材料は、残留磁化を伴う強磁性を示す。残留磁化を有する磁石材料からなる磁性ナノ粒子の存在により、磁場を印可せずとも自発磁化に伴うファラデー効果を示す。本発明に係る磁気光学材料を用いることによって、ファラデー効果を発現させるための磁場印可機構が必要なくなり、デバイス構造の簡素化、微細化が可能となり、デバイスの製作工程も単純化することができる。これによりデバイスの低コスト化も可能となる。
本発明に係る磁気光学材料は、残留磁化を伴う強磁性を示す。残留磁化を有する磁石材料からなる磁性ナノ粒子の存在により、磁場を印可せずとも自発磁化に伴うファラデー効果を示す。本発明に係る磁気光学材料を用いることによって、ファラデー効果を発現させるための磁場印可機構が必要なくなり、デバイス構造の簡素化、微細化が可能となり、デバイスの製作工程も単純化することができる。これによりデバイスの低コスト化も可能となる。
【0021】
（３．磁気光学特性（ファラデー回転角））
光アイソレーターや光サーキュレーターなどの光通信素子には、磁場に平行な直線偏光を透過させたときに偏光面が回転する磁気光学効果（ファラデー効果）を示す磁性体が用いられるが、このような磁性体として従来用いられていたイットリウムガーネットやビスマス置換ガーネットを用いると、光通信に用いられる近赤外波長域（１５５０ｎｍ）ではファラデー回転角が非常に小さくなる。これに対し、本発明の磁気光学材料では、波長域によらず、ファラデー回転角が絶対値で０．１［ｄｅｇ．／μｍ］以上、さらには０．３［ｄｅｇ．／μｍ］以上となり、光通信に用いられる近赤外波長域（１５５０ｎｍ）において、従来のイットリウムガーネットやビスマス置換ガーネットを用いた場合に比べて大きなファラデー回転角が得られる。このように大きなファラデー回転角が得られるのは、微細な磁性グラニュールに光が透過もしくは反射することによる、強磁性金属の磁気光学効果、またマトリックスと磁性グラニュールの界面における電磁効果や量子効果による作用が考えられる。
光アイソレーターや光サーキュレーターなどの光通信素子には、磁場に平行な直線偏光を透過させたときに偏光面が回転する磁気光学効果（ファラデー効果）を示す磁性体が用いられるが、このような磁性体として従来用いられていたイットリウムガーネットやビスマス置換ガーネットを用いると、光通信に用いられる近赤外波長域（１５５０ｎｍ）ではファラデー回転角が非常に小さくなる。これに対し、本発明の磁気光学材料では、波長域によらず、ファラデー回転角が絶対値で０．１［ｄｅｇ．／μｍ］以上、さらには０．３［ｄｅｇ．／μｍ］以上となり、光通信に用いられる近赤外波長域（１５５０ｎｍ）において、従来のイットリウムガーネットやビスマス置換ガーネットを用いた場合に比べて大きなファラデー回転角が得られる。このように大きなファラデー回転角が得られるのは、微細な磁性グラニュールに光が透過もしくは反射することによる、強磁性金属の磁気光学効果、またマトリックスと磁性グラニュールの界面における電磁効果や量子効果による作用が考えられる。
【0022】
（製造方法）
本発明の磁気光学材料は、コンベンショナルなスパッタ装置、ＲＦスパッタ装置で薄膜として成膜することができる。スパッタ法またはＲＦスパッタ成膜装置を用い、純Ｆｅ、純Ｃｏ、純ＮｉあるいはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｂａのいずれかを含む合金円板ターゲット、さらにはこれらの金属円板ターゲット上にＰｔ、Ａｌ、Ｂａチップを均等に配置した複合ターゲットとフッ化物ターゲットを同時にスパッタして行うと、ｎｍサイズ（５０ｎｍ以下）の磁性ナノ粒子がフッ化物からなるマトリックス中に分散したナノグラニュラー構造膜が得られる。このとき、薄膜形成のための基体としては、半導体基板および／または絶縁体基板などの各種基板のほか、これら表面に半導体および／または絶縁体の層が形成された当該基板が用いられてもよい。
本発明の磁気光学材料は、コンベンショナルなスパッタ装置、ＲＦスパッタ装置で薄膜として成膜することができる。スパッタ法またはＲＦスパッタ成膜装置を用い、純Ｆｅ、純Ｃｏ、純ＮｉあるいはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｂａのいずれかを含む合金円板ターゲット、さらにはこれらの金属円板ターゲット上にＰｔ、Ａｌ、Ｂａチップを均等に配置した複合ターゲットとフッ化物ターゲットを同時にスパッタして行うと、ｎｍサイズ（５０ｎｍ以下）の磁性ナノ粒子がフッ化物からなるマトリックス中に分散したナノグラニュラー構造膜が得られる。このとき、薄膜形成のための基体としては、半導体基板および／または絶縁体基板などの各種基板のほか、これら表面に半導体および／または絶縁体の層が形成された当該基板が用いられてもよい。
【0023】
具体例としては、コンベンショナルタイプのＲＦスパッタ装置、ＲＦマグネトロンスパッタ装置あるいはＤＣ対向ターゲットスパッタ装置を用い、直径７０～１００ｍｍの純Ｆｅ、純Ｃｏ、純ＮｉあるいはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、ＡｌおよびＢａのうちいずれか２種以上を含む合金円板ターゲット、さらにそれにＬｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉおよび希土類元素からなる群から選択される１種以上の元素を含む合金ターゲットと、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉおよび希土類元素からなる群から選択される１種以上の元素のフッ化物のターゲットを同時にスパッタリングすることによりナノグラニュラー構造を有するナノグラニュラー薄膜が作製される。スパッタ成膜に際しては、ＡｒガスまたはＡｒおよびＯ2（０．１～１０％）の混合ガスが用いられる。膜厚のコントロールは成膜時間を加減することによって行い、約０．３～５［μｍ］に成膜する。なお、基体（基板）は間接水冷され、あるいは、１００～８００［℃］の温度範囲の任意の温度に制御され、成膜時のスパッタ圧力は１～６０ｍ［Ｔｏｒｒ］に制御され、スパッタ電力は５０～３５０［Ｗ］の範囲で調節される。
【0024】
（熱処理）
磁性ナノ粒子が残留磁化を伴う磁石特性を発揮するためには、規則相あるいはスピネル相を有することが必要である。規則相、スピネル相を得るためには、成膜後に所定の熱処理といった加熱工程が必要となる。これに必要な温度は５００℃以上であり、真空中、あるいは酸素雰囲気中において５００℃～８００℃の温度範囲に含まれている所定の温度での熱処理を行う。
磁性ナノ粒子が残留磁化を伴う磁石特性を発揮するためには、規則相あるいはスピネル相を有することが必要である。規則相、スピネル相を得るためには、成膜後に所定の熱処理といった加熱工程が必要となる。これに必要な温度は５００℃以上であり、真空中、あるいは酸素雰囲気中において５００℃～８００℃の温度範囲に含まれている所定の温度での熱処理を行う。
【0025】
以上の方法で薄膜として得られた本発明の磁気光学材料は、フッ化物マトリックスとｎｍサイズの磁性金属ナノ粒子からなるナノグラニュラー構造であり、透光性マトリックス中に微細な残留磁化を持つ磁性ナノ粒子が分散して存在する効果により、高い磁化特性および良好な透光性を有し、磁界を印可しない状態で６００～１６００ｎｍの波長帯の全部または一部において残留磁化に伴う大きな（例えば０．０８ｄｅｇ．／μｍ以上の）ファラデー回転角を有するので、種々の光通信デバイスの簡素化、小型化が可能となる。
【0026】
スパッタ法での作製は、膜厚が１０μｍ以下程度の薄膜材料の作製に向いているが、１０μｍを超える厚膜の作製には、合成する元素を含む水溶液を用いた電気化学反応成膜法が適している。さらにバルクの作製には、合成する元素を含む粉末原料を粉砕混合して焼成する方法がある。
【実施例】
【0027】
以下、本発明の実施例について説明する。
【0028】
（１．予備実験）
基板として、約０．５ｍｍ厚のコーニング社製＃７０５９、＃２０００、＃ＸＧ（コーニング社の商品名）ガラス、０．５ｍｍ厚で表面を熱酸化したＳｉウエハ、および０．５ｍｍ厚の石英ガラスが用いられた。
基板として、約０．５ｍｍ厚のコーニング社製＃７０５９、＃２０００、＃ＸＧ（コーニング社の商品名）ガラス、０．５ｍｍ厚で表面を熱酸化したＳｉウエハ、および０．５ｍｍ厚の石英ガラスが用いられた。
【0029】
（２．薄膜の作製と評価）
薄膜試料の作製条件の一例が表１にまとめて示されている。
薄膜試料の作製条件の一例が表１にまとめて示されている。
【0030】
【表1】
【0031】
各試料について、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）によって光透過率が計測された。また、４０５～１５５０［ｎｍ］の波長範囲における光に対して最大磁界８００［ｋＡ／ｍ］までの任意の磁界において各試料のファラデー効果（ファラデー回転角）が測定された。さらに、試料振動型磁化測定装置（ＶＳＭ）によって各試料の磁化が測定された。また、各試料の構造がＸ線回折法（ＸＲＤ）によって解析された。
【0032】
表２には、各試料についての熱処理条件と波長１５５０［ｎｍ］における零磁界でのファラデー回転角の測定結果が示されている。
【0033】
【表2】
【0034】
図２には、試料１の磁界が印加されていない状態（Ｈ＝０）におけるファラデー回転角の絶対値と入射光の波長との関係を示した。図２から分かるように試料１は。波長５００ｎｍ以上の範囲において、０．２［ｄｅｇ．／μｍ］以上の値を有している。
【0035】
図３には、試料１のＸＲＤ回折パターンが示されている。成膜後に真空中で６００℃の熱処理が施されることによって、Ｃｏ－Ｐｔ合金の規則化が促進され、２θ＝４３、５０［ｄｅｇ．］、７３［ｄｅｇ．］および８８［ｄｅｇ．］のそれぞれの付近にＣｏ3Ｐｔの規則相の存在を示すピークが確認できる。また、２θ＝２７［ｄｅｇ．］および５７［ｄｅｇ．］のそれぞれの付近にＭｇＦ2相の存在を示すピークが確認できる。当該確認結果から、試料１が、Ｍｇフッ化物からなるマトリックスにＣｏ3Ｐｔ規則相のＣｏ－Ｐｔ合金からなる磁石粒子が分散したナノグラニュラー構造を有することがわかる。試料１においてＣｏ－Ｐｔ磁石粒子の存在によって残留磁化が生じ、Ｈ＝０であっても試料１の磁気光学材料がファラデー効果を発現する。
【0036】
図４には、試料２の波長８００、１３１０および１５５０［ｎｍ］の入射光に対するファラデーループが示されている。図４からわかるように、ファラデー回転角はＨ＝０であっても、それぞれ８００ｎｍで絶対値０．０８［ｄｅｇ．／μｍ］、１３１０ｎｍで絶対値０．２１［ｄｅｇ．／μｍ］および１５５０ｎｍで絶対値０．２１［ｄｅｇ．／μｍ］を有する。
【0037】
図５には、試料２のＨ＝０の状態におけるファラデー回転角の絶対値と入射光の波長との関係を示した。図５から分かるように試料２は、波長８００ｎｍ以上の範囲において、０．０８［ｄｅｇ．／μｍ］以上の値を有している。
【0038】
図６は試料２のＸＲＤ回折パターンである。成膜後に真空中で６００℃の熱処理を行うことによって、Ｃｏ－Ｐｔ合金の規則化が促進し、２θ＝４３［ｄｅｇ．］、５０［ｄｅｇ．］、７３［ｄｅｇ．］および８８［ｄｅｇ．］のそれぞれの付近にＣｏ3Ｐｔの規則相の存在を示すピークが確認できる。また、２θ＝２８［ｄｅｇ．］、４７［ｄｅｇ．］および７６［ｄｅｇ．］のそれぞれの付近にＣａＦ2相の存在を示すピークが確認できる。当該確認結果から、試料２が、Ｃａフッ化物からなるマトリックスにＣｏ3Ｐｔ規則相のＣｏ－Ｐｔ合金からなる磁石粒子が分散したナノグラニュラー構造を有することがわかる。試料２においてＣｏ－Ｐｔ磁石粒子の存在によって残留磁化が生じ、Ｈ＝０であっても試料２の磁気光学材料がファラデー効果を発現する。
【0039】
図７には、試料３の波長波長８００、１３１０および１５５０［ｎｍ］の入射光に対するファラデーループが示されている。図７からわかるように、ファラデー回転角はＨ＝０であっても、それぞれ８００ｎｍで絶対値０．１９［ｄｅｇ．／μｍ］、１３１０ｎｍで絶対値０．２３［ｄｅｇ．／μｍ］および１５５０ｎｍで絶対値０．１７［ｄｅｇ．／μｍ］を有する。
【0040】
図８には、試料３のＨ＝０におけるファラデー回転角の絶対値と入射光の波長との関係を示した。図８から分かるように試料３は。波長５００～６００ｎｍおよび７２０ｎｍ以上の範囲において、０．０８［ｄｅｇ．／μｍ］以上の値を有している。
【0041】
図９には、試料３のＸＲＤ回折パターンが示されている。成膜後に真空中で６５０℃の熱処理が施されることによって、Ｆｅ－Ｐｔ合金の規則化が促進し、２θ＝２４［ｄｅｇ．］、３３［ｄｅｇ．］、４２［ｄｅｇ．］、４７［ｄｅｇ．］、４９［ｄｅｇ．］、６８［ｄｅｇ．］および７１［ｄｅｇ．］のそれぞれの付近にＦｅＰｔの規則相の存在を示すピークが確認できる。また、２θ＝２８［ｄｅｇ．］および５７［ｄｅｇ．］のそれぞれの付近にＭｇＦ2相の存在を示すピークが確認できる。当該確認結果から、試料３が、Ｍｇフッ化物からなるマトリックスにＦｅＰｔ規則相のＦｅ－Ｃｏ－Ｐｔ合金からなる磁石粒子が分散したナノグラニュラー構造を有することがわかる。試料３においてＦｅ－Ｃｏ－Ｐｔ磁石粒子の存在によって残留磁化が生じ、Ｈ＝０であっても試料３の磁気光学材料がファラデー効果を発現する。
【0042】
図１０には、試料４の波長６００、８００、１３１０および１５５０［ｎｍ］の入射光に対するファラデーループが示されている。図１０からわかるように、ファラデー回転角はＨ＝０であっても、それぞれ６００ｎｍで絶対値０．０９［ｄｅｇ．／μｍ］、８００ｎｍで絶対値０．２４［ｄｅｇ．／μｍ］、１３１０ｎｍで絶対値０．１４［ｄｅｇ．／μｍ］および１５５０ｎｍで絶対値０．１１［ｄｅｇ．／μｍ］を有する。
【0043】
図１１には、試料４のＨ＝０におけるファラデー回転角の絶対値と入射光の波長との関係を示した。図１１から分かるように試料４は。波長５００～６００ｎｍおよび７２０ｎｍ以上の範囲において、０．０８［ｄｅｇ．／μｍ］以上の値を有している。
【0044】
図１２には、試料４のＸＲＤ回折パターンが示されている。成膜後に真空中で６００℃の熱処理が施されることによって、Ｆｅ－Ｐｔ合金の規則化が促進され、２θ＝２４［ｄｅｇ．］、３３［ｄｅｇ．］、４２［ｄｅｇ．］、４７［ｄｅｇ．］、５８［ｄｅｇ．］および８４［ｄｅｇ．］のそれぞれの付近にＦｅＰｔの規則相の存在を示すピークが確認できる。また、２θ＝２５［ｄｅｇ．］、４２［ｄｅｇ．］、４８［ｄｅｇ．］、６７［ｄｅｇ．］、７５［ｄｅｇ．］および８１［ｄｅｇ．］のそれぞれの付近にＢａＦ2相の存在を示すピークが確認できる。当該確認結果から、試料４が、Ｂａフッ化物からなるマトリックスにＦｅＰｔ規則相のＦｅ－Ｃｏ―Ｐｔ合金からなる磁石粒子が分散したナノグラニュラー構造を有することがわかる。試料４においてＦｅ－Ｃｏ－Ｐｔ磁石粒子の存在によって残留磁化が生じ、Ｈ＝０であっても試料４の磁気光学材料がファラデー効果を発現する。
【0045】
図１３には、試料５の波長５５０、７６０および１５５０［ｎｍ］のそれぞれの入射光に対するファラデーループが示されている。図１３からわかるように、ファラデー回転はＨ＝０であっても、それぞれ５５０ｎｍで絶対値１．２［ｄｅｇ．／μｍ］、７６０ｎｍで絶対値０．５［ｄｅｇ．／μｍ］および１５５０ｎｍで絶対値０．３［ｄｅｇ．／μｍ］を有する。
【0046】
図１４には、試料５のＨ＝０おけるファラデー回転角の絶対値と入射光の波長との関係を示した。図１４から分かるように試料５は。波長４１０～６９０ｎｍ、波長７１０～１１８０ｎｍおよび１３３０ｎｍ以上の範囲において、０．０８［ｄｅｇ．／μｍ］以上の値を有している。
【0047】
図１５には、試料５のＸＲＤ回折パターンが示されている。酸素雰囲気中での熱処理によってスピネル構造のＣｏフェライト磁石からなるナノグラニュールが合成され、２θ＝３１［ｄｅｇ．］、３５［ｄｅｇ．］、３７［ｄｅｇ．］、４３［ｄｅｇ．］、５３［ｄｅｇ．］および６３［ｄｅｇ．］のそれぞれの付近にＣｏＦｅ２Ｏ４のスピネル相の存在を示すピークが確認できる。また、２θ＝２５［ｄｅｇ．］および２９［ｄｅｇ．］の付近にＢａＦ２相の存在を示すピークが確認できる。当該確認結果から、試料５が、Ｂａフッ化物からなるマトリックスにＣｏＦｅ２Ｏ４スピネルフェライトからなる磁石粒子が分散したナノグラニュラー構造を有することがわかる。試料５においてＣｏＦｅ２Ｏ４磁石粒子の存在によって残留磁化が生じ、Ｈ＝０であっても試料５の磁気光学材料がファラデー効果を発現する。図１５に見る様に、酸素雰囲気中での熱処理によってスピネル構造のＣｏフェライト磁石からなるナノグラニュールが合成される。図１５からわかるように、ファラデーループは磁化曲線に対応し、残留磁化と保磁力を伴うヒステリシスを有し、ファラデー回転角はＨ＝０であっても、各波長に対してそれぞれ絶対値１．２［ｄｅｇ．／μｍ］（５５０［ｎｍ］）、０．５［ｄｅｇ．／μｍ］（７６０［ｎｍ］）および０．３［ｄｅｇ．／μｍ］（１５５０［ｎｍ］）を有する。磁界が印可されていない状態でもファラデー効果が発現することから、デバイス設計において磁界印加機構が不要となり、デバイスの簡略化および／または小型化が可能となる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】