東大ら、コバルト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

東京大学(東大)などは11月16日、自然界では磁石であるコバルトを薄膜にし、そ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スイッチすることに室温で成功したと発表した。

同成果は、東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻の大学院生 日比野有岐氏、同 千葉大地 准教授、豊田工業大学 粟野博之教授、電力中央研究所 小野新平 上席研究員、東北大学 好田誠 准教授らの研究グループによるもので、11月17日付の国際科学誌「Applied Physics Express」オンライン版に掲載された。

光が物質を透過するときにその偏光面が回転する現象をファラデー効果という。たとえば磁性体の膜に光を透過させたとき、光の偏光面の回転は磁性体の磁化の方向に依存するため、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することができる。このような手法は、光を一方向にのみ透過する光アイソレータに用いられてきた。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とんど報告がなかった。

同研究グループはこれまでに、自然界では磁石として存在するコバルト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。今回の研究ではこの技術を用いて、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。これにより、ファラデー効果そのものを発現させたり、消失させたりすることが電気的にコントロールできるようになったといえる。

同技術では1nm以下の非常に薄いコバルト膜を用いているため、十分に光が透過するうえ、膜を支える基板には透明なガラスを用いており、コバルトの下地金属や電極にも工夫を施しているために、素子を光が透過できるようになっているという。

現段階では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ことから、同研究グループは今後、この課題を克服するいくつかの改善策について検証を行っていく予定だとしている。