全球最薄透明磁性半導體問世

日本物質材料研究機構（NIMS）現已開發出一種新型薄膜狀透明磁性半導體（圖1），如果采用多層結構，在紫外線到可見光區域具有很強的磁光效應（Magnetooptic Effect）。準備將其應用于使用波長不足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此次開發的半導體是通過在Ti1-δO2（即將業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Ti0.8Co0.2O2和Ti0.6Fe0.4O2（以下以Ti0.8Co0.2O2為代表）。厚度約為1nm，“作為透明磁性材料，在迄今開發的材料中最薄”（NIMS物理研究所軟化學研究小組主任研究員長田實）。將這種材料重疊10層后，結果對紅外線至可視光（波長為280～380nm）區域的光線表現了很強的法拉第效應（Faraday Effect）及克爾效應（Kerr Effect）。
　　法拉第效應和克爾效應均為磁性體和光相互作用而表現出的一種磁光效應。前者是指通過磁性體的光線偏振面發生旋轉的現象，現已應用于光纖通信使用的光隔離器（Optical Isolator）等領域。而克爾效應則是磁性體反射的光偏振面發生旋轉的現象，現已應用于MO光盤的數據讀取等用途。
　　
法拉張效應是現有材料的10倍

　　Ti0.8Co0.2O2大體上具有如下4個特點：（1）具有磁光效應的波長（響應波長）短，為280～380nm；（2）磁光效應強度高；（3）可通過改變添加的磁性元素各類和層疊數，控制其特性；（4）易于實現多層結構。
　　作為特點（1）所說的響應波長，Ti0.8Co0.2O2比現已在光隔離器領域得到實際應用的YIG和GdBiIG等石榴石類材料（1.3～1.5μm），以及CdMnTe等現有磁性半導體（0.6～1μm）都要短（圖2）。因此，有望應用于傳輸容量大于現有方式的光隔離器和數據記錄密度較高的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Ti0.8Co0.2O2所表現出來的法拉張效應強度（法拉第旋轉角）為10000度。由此表明，光線在Ti0.8Co0.2O2中每行進1cm，偏振面就會旋轉10000度。大約相當于響應波長1.3～1.5μm的GdBiIG的10倍。
　　
　　通過改變添加元素和層疊數，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，能夠控制法拉第旋轉角、響應頻度等特性。比如，通過交替層疊Ti0.8Co0.2O2和Ti0.6Fe0.4O2，并改變不同的層疊數，有望擴大響應波長。“得到的數據表明，在新一代光盤所使用的藍光（波長450nm）條件下能夠產生很強的磁光效應”（長田）。
　　特點（4）是指，能夠按照下面的步驟輕松形成多層結構。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Ti0.8Co0.2O2溶液中。由于Ti0.8Co0.2O2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，就能形成能夠得到所需特性的層數（圖3）。而要想改變石榴石類材料和現有磁性半導體材料的特性，則必須改變層疊膜的組成和結晶結構。