[圖]【東亞】全球最薄透明磁性半導(dǎo)體問世！瞄準大容量光通信

圖1：NIMS開發(fā)的單層厚度約為1nm的超薄透明磁性半導(dǎo)體薄膜材料

準備將其應(yīng)用于使用波長不足500nm短波長光的大容量光通信和光信息處理

元件。

                                   原料為光觸媒TiO₂

 NIMS此次開發(fā)的半導(dǎo)體是通過在Ti_1-δO₂（即將業(yè)界知名的光觸媒材料TiO₂做成薄膜狀 ）

 中添加Co和Fe磁性元素而制成的Ti_0.8Co_0.2O₂和Ti_0.6Fe_0.4O₂（以下以Ti_0.8Co_0.2O₂為代表）。厚度約為      1nm，“作為透明磁性材料，在迄今開發(fā)的材料中最薄”（NIMS物理研究所軟化學(xué)研究小組主任研究員長田實）。將這種材料重疊10層后，結(jié)果對紅外線至可視光（波長為280～380nm）區(qū)域的光線表現(xiàn)了很強的法拉第效應(yīng)（Faraday Effect）及克爾效應(yīng)（Kerr Effect）。

法拉第效應(yīng)和克爾效應(yīng)均為磁性體和光相互作用而表現(xiàn)出的一種磁光效應(yīng)。前者是指通過磁性體的光線偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，現(xiàn)已應(yīng)用于光纖通信使用的光隔離器（Optical Isolator）等領(lǐng)域。而克爾效應(yīng)則是磁性體反射的光偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，現(xiàn)已應(yīng)用于MO光盤的數(shù)據(jù)讀取等用途。

法拉張效應(yīng)是現(xiàn)有材料的10倍

Ti_0.8Co_0.2O₂大體上具有如下4個特點：（1）具有磁光效應(yīng)的波長（響應(yīng)波長）短，為280～380nm；（2）磁光效應(yīng)強度高；（3）可通過改變添加的磁性元素各類和層疊數(shù)，控制其特性；（4）易于實現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)。

 圖3：將高分子膜作為“粘接劑”，進行多層層疊。

作為特點（1）所說的響應(yīng)波長，Ti_0.8Co_0.2O₂比現(xiàn)已在光隔離器領(lǐng)域得到實際應(yīng)用的YIG和GdBiIG等石榴石類材料（1.3～1.5μm），以及CdMnTe等現(xiàn)有磁性半導(dǎo)體（0.6～1μm）都要短（圖2）。因此，有望應(yīng)用于傳輸容量大于現(xiàn)有方式的光隔離器和數(shù)據(jù)記錄密度較高的MO光盤等使用波長500nm以下光線的光通信和光信息處理元件。

特點（2）是指，10層Ti_0.8Co_0.2O₂所表現(xiàn)出來的法拉張效應(yīng)強度（法拉第旋轉(zhuǎn)角）為10000度。由此表明，光線在Ti_0.8Co_0.2O₂中每行進1cm，偏振面就會旋轉(zhuǎn)10000度。大約相當于響應(yīng)波長1.3～1.5μm的GdBiIG的10倍。

通過改變添加元素和層疊數(shù)，控制特性

特點（3）是指，通過改變所添加的磁性元素各類和層疊數(shù)，能夠控制法拉第旋轉(zhuǎn)角、響應(yīng)頻度等特性。比如，通過交替層疊Ti_0.8Co_0.2O₂和Ti_0.6Fe_0.4O₂，并改變不同的層疊數(shù)，有望擴大響應(yīng)波長。“得到的數(shù)據(jù)表明，在新一代光盤所使用的藍光（波長450nm）條件下能夠產(chǎn)生很強的磁光效應(yīng)”（長田）。

特點（4）是指，能夠按照下面的步驟輕松形成多層結(jié)構(gòu)。首先，將玻璃底板浸入帶正電荷的高分子溶液。然后，將玻璃底板從高分子溶液中拿出來，浸入Ti_0.8Co_0.2O₂溶液中。由于Ti_0.8Co_0.2O₂帶負電荷，因此就會因靜電吸力而吸附到隨著在玻璃底板上的高分子膜上。按照這樣的步驟即可形成單層層疊，如此反復(fù)，就能形成能夠得到所需特性的層數(shù)（圖3）。而要想改變石榴石類材料和現(xiàn)有磁性半導(dǎo)體材料的特性，則必須改變層疊膜的組成和結(jié)晶結(jié)構(gòu)。（來源：技術(shù)在線   記者：大下 淳一）