CN101356470A - 磁光装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种磁光装置，该磁光装置包括非磁性支撑体以及位于该非磁性支撑体上的精细粒子布置层。该精细粒子布置层包括多个规则布置的精细金属磁性粒子。在该磁光装置中，磁化是通过施加外部磁场到该精细金属磁性粒子而产生，且线偏振光被致使入射在该精细金属磁性粒子上，使得磁光效应通过该精细金属磁性粒子上的该入射光与该精细金属磁性粒子的表面等离子体激元振荡之间的相互作用而增大。

Description

磁光装置

技术领域

本发明一般涉及磁光装置，该磁光装置具有其中精细磁性粒子规则布置的精细粒子布置层。

背景技术

传统上，已经进行了有关表面等离子体激元振荡(surface plasmonoscillation)以及有关法拉第效应(Faraday effect)的研究，且已经讨论将其用于各种磁光装置。

首先，给出有关表面等离子体激元振荡的描述。

当金属晶体尺寸减小到超精细粒子时，出现超精细粒子所特有的表面等离子体激元振荡。

金属内的传导电子形成一种具有离子壳体(每个离子壳体为原子除了外部电子的部分)的等离子体状态，且由于这些电子的集体运动导致的振荡称为等离子体振荡。该等离子体振荡的量子(波视为量子)称为等离子体激元。

表面等离子体激元是指局域化在表面上的等离子体模式。

这里，精细粒子尺寸调整为导致表面等离子体激元振荡，且通常在几纳米到几十纳米范围的尺寸，视材料而定。

接着，给出有关周期性结构上磁性体(材料)的法拉第效应。

穿过透明铁磁体(材料)的光的偏振面旋转。该现象称为法拉第效应。当光沿着与磁性材料内的自旋取向平行的方向行进时，法拉第旋转角度最大。

已经确认，如果该磁性材料的薄膜不是设置成平坦膜，而是设置于周期性不平坦结构上，则法拉第旋转角度显著大于平坦膜的情形。(例如，见下述专利文献1和2)。假定这是因为由于周期性结构而引起透射光的S波和P波之间的折射率不同，从而导致幅值比例的巨大差异，因此与导致偏振面旋转的法拉第效应叠加而增大了法拉第旋转角度。(例如，见下述非专利文献)。

将磁性体(材料)设置于周期性结构上的该方法存在下述问题。

尽管磁性体的磁化反转的各种方法已经被提出，但是作为具体的方法，认为需要将线圈设置为尽可能紧贴于膜下方(从而有效地施加所产生的磁场到磁性体)并通过使电流流过线圈而产生此磁场。

这种情况下，更多数目的线圈匝数增加磁场强度，但是增大了互连层(interconnection layer)和制造成本。因此，考虑增大电流同时减小线圈匝数。这种情况下，从高透射率的角度而言，优选地应用例如ITO的透明导电膜作为互连材料。然而，这种透明导电膜存在的问题为，由于其电阻而无法使大的电流在其中流过，该电阻约为铜线的10倍。也就是说，从实用角度而言，需要使几百mA的电流流过，从而在例如在直径100μm的像素中得到例如100高斯的磁场强度。因此，需要应用低电阻金属线(铜、银、金等)，尽管其为不透明材料。

随着线圈直径减小，在线圈中心的磁场强度增大。然而，不减小互连线宽度而得到高开口率(即，光透射率)，这是不可能的。例如，对于形成100μm周期的圆形线圈的情形(线圈之间距离为10μm)，铜线宽度为10μm时，开口率约为60％。

因此，认为今后的理想及解决的课题是使用高透明度的透明导电膜，从而用小电流进行驱动。

[专利文献1]特许第3628859号公报

[专利文献2]特许第3654533号公报

[非专利文献]Katsuragawa，T；″Enhancement of the Faraday Rotation，″Jpn.J.Appl.Phys.，40，6365-6369(2001)

发明内容

本发明的实施例可以解决一个或多个上述问题。

根据本发明一个实施例，提供了一种磁光装置，其中一个或多个上述问题得以解决或者减轻。

根据本发明一个实施例，提供了一种具有增大磁导率(permeability)的磁光装置。更具体而言，提供了一种通过规则布置精细金属磁性粒子来增大磁导率的磁光装置，且具有产生磁场的功能的磁导率增大。

根据本发明一个实施例，提供了一种磁光装置，该磁光装置适合用作利用法拉第效应进行高清晰显示的装置。

根据本发明一个实施例，提供了一种磁光装置，该磁光装置可以使用更小的互连面积来进行磁化，即使使用比常规使用的磁场发生用线圈更简单的互连所产生的磁场，例如线性或弯曲互连，因为磁性体的磁化所需的磁场强度更小，从而整体上改善光透射率。

根据本发明一个实施例，提供了一种磁光装置，该磁光装置需要更少的磁场强度(即，电流值)来磁化磁性体，从而使用例如高电阻但透明的ITO的互连材料来实现改善的光透射率，而不采用例如铜、金或银的不透明材料作为低电阻互连材料用于磁场发生。

根据本发明一个实施例，对于将整体上透射率如此改善的磁光装置应用于显示器的情形，背景部分(白图像)通过增大光透射率而更亮，且黑图像部分更暗(法拉第旋转角度增大)从而使得可以获得“高对比度、高清晰的图像”。

根据本发明一个实施例，提供了一种磁光装置，包括：非磁性支撑体和位于该非磁性支撑体上的精细粒子布置层，该精细粒子布置层包括多个规则布置的精细金属磁性粒子，其中磁化是通过施加外部磁场到该精细金属磁性粒子而产生，且线偏振光被致使入射在该精细金属磁性粒子上，使得磁光效应通过该精细金属磁性粒子上的该入射光与该精细金属磁性粒子的表面等离子体激元振荡之间的相互作用而增大。

在布置该精细粒子之前而不是在布置该精细粒子之后，该外部磁场也可以施加到该精细金属磁性粒子用于磁化。

不是所有的精细金属磁性粒子需要被磁化，且存在未被磁化的精细金属磁性粒子。只是法拉第效应不在未磁化部分增大。

根据本发明一个实施例的磁光装置，精细金属磁性粒子规则布置，使得待磁化的体积减小。待磁化的体积减小并不使旋转偏振面的功能退化。相应地，磁化反向所需的磁场发生电流可以显著小于常规情形。此外，线性(直线)互连配置可以应用于磁场发生，取代绕线配置，使得可以整体上减小装置的互连截面积。

再者，使用透明导电膜(例如ITO或ZnO膜)还可以容易地使精细磁性粒子的磁化方向反向，而不使用金属互连导致大电流流过。结果，光阻挡减小，使得作为装置的透明度显著增大。此外，将这种磁光装置应用于显示器，对比度显著改善。

附图说明

本发明的其它目的、特征和优点通过结合附图阅读下述详细描述将变得更加显而易见，附图中：

图1为根据本发明实施例的磁光装置的示意性断面图；

图2为根据本发明实施例的磁光装置的示例的示意性俯视平面图，示出了形成磁光装置的非磁性支撑体和精细粒子布置层的铁粒子；

图3为根据本发明实施例的磁光装置的另一示例的示意性平面图，示出了非磁性支撑体和互连层；

图4为根据本发明实施例的磁光装置的另一示例的示意性断面图；

图5为根据本发明实施例的磁光装置的另一示例的示意性断面图；以及

图6为根据本发明实施例的磁光装置的另一示例的示意性俯视平面图，示出了形成磁光装置的非磁性支撑体和精细粒子层的精细铁粒子。

具体实施方式

参考附图给出本发明实施例的描述。

图1为根据本发明实施例的磁光装置10的示意性断面图。

磁光装置10包括预定的非磁性支撑体1，以及按该顺序形成于非磁性支撑体1上的互连层2、精细粒子布置(阵列)层3和偏振器层4。

在该磁光装置10中，使用线圈或者下述的导电互连(线路)，将外部磁场施加到形成精细粒子布置层3的规则布置的精细金属磁性粒子，由此导致在该精细金属磁性粒子中产生磁化，并使线偏振光入射在该精细金属磁性粒子上，使得产生由于该精细金属磁性粒子上的入射光与该金属的表面等离子体振荡之间的相互作用引起的磁光效应(增大效应)。

在本说明书中，“规则布置”是指按照特定规则提供布置。该“特定规则”是指精细金属磁性粒子的布置具有周期。此外，如果该布置除了该规则性之外还具备线性，则容易提供互连。该布置不限于线性布置，只要其具有规则性即可。相应地，该布置可以是曲线布置。

非磁性支撑体1的材料的示例包括：耐热性金属，例如铝；透明陶瓷材料，例如石英玻璃、GGG(钆镓石榴石)、蓝宝石、钽酸锂、透明玻璃陶瓷、Pyrex(注册商标)玻璃、单晶硅、Al₂O₃、Al₂O₃·MgO、MgO·LiF、Y₂O₃·LiF、BeO、ZrO₂、Y₂O₃和ThO₂·CaO；无机材料，例如无机硅；以及塑料膜。支撑体1为非磁性的，从而不影响精细金属磁性粒子的磁化。因此，根据本实施例，非磁性支撑体1的材料不限于上述，且可以采用任意材料，只要该材料不影响精细金属磁性粒子的磁化即可。

互连层2中垂直和水平地布置有导电互连，该互连层2设置于下述的精细粒子布置层3附近。使用通过激励该互连而产生的磁场，磁化该精细金属磁性粒子。通过激励的方向和激励的数量，在空间上改变该磁光效应。

精细粒子布置层3中规则地布置有精细金属磁性粒子。这些精细粒子的材料的示例包括下述的粒子：铁、钴或镍(元素)；两种以上这些材料的合金；以及诸如Au、Ag和Pt的其它类型非磁性金属与这些材料的合金、混合物以及配合物(complex)超精细粒子。此外，可以组合地采用诸如V、Cr、Mn、Cu和Zn的两种以上金属。再者，可以使用诸如Au、Ag和Pt的上述非磁性金属，使用磁性金属粒子替代其部分原子。

此外，精细粒子布置层3可具有这样的结构，其中精细金属磁性粒子的层形成于氧化物磁性体(材料)的核上，或者氧化物磁性体(材料)的层形成于精细金属磁性粒子的核上。

可以使用各种有机或者无机电介质来改变共振波长，使得精细金属磁性粒子满足相对于预定波长光的表面等离子体激元振荡的条件。例如，通过使用高分子化合物或者电介质膜覆盖该精细金属磁性粒子，使用诸如氮或碳的非磁性元素替代精细金属磁性粒子中的部分金属元素，或者采用金属磁性材料和有机或无机材料的混合物作为该精细金属磁性粒子，由此可以改变共振波长。

精细金属磁性粒子的常规的已知布置方法，例如特开2005-142550号公报(使用不导致铁磁偏振的非磁性层的方法)、特开2003-168606号公报(在每个精细粒子的表面上形成有机涂覆膜并布置该精细粒子的方法)、以及特许第3458152号公报(使用束辐射压的方法)中所披露的方法，可以应用于形成精细粒子布置层3的精细金属磁性粒子的布置。然而，形成本实施例的精细粒子布置层3的精细金属磁性粒子的布置方法不限于上述方法。

除了上述方法之外，不仅可以采用化学(溶液)方法和自组织方法，还可以采用已知方法，例如光刻、精细粒子操纵、形成精细孔且随后将精细粒子嵌入该孔内、以及使气相中的纳米粒子带电并致使该纳米粒子吸附和布置在带有与纳米粒子相反极性(符号)的电荷的基板图案上。

然而，本发明不限于这些方法。

常规已知的可购得偏振膜可以应用作为形成偏振器层4的偏振器。

偏振膜的示例包括多卤化物(polyhalogen)偏振膜、染料偏振膜、以及金属偏振膜。然而，本发明不限于这些偏振膜。

此外，也可以使用下述偏振器。

(a)偏振片(polarizing plate)

该偏振片通过将包括多个棒状元件的偏振层固定在基板表面上而形成，该多个棒状元件是由精细铁磁粒子形成且沿固定方向布置。偏振片容易制造且具有出色的光学性能。

(b)线栅偏振器(wire grid polarizer)

该线栅偏振器通过在透明基板上按照精细间隔设置金或铝而形成。这种情况下，假设线间隔(距离)和波长分别为d和λ，如果光的波长满足λ＞＞d，则线栅偏振器致使透射光变为基本上完全线偏振光，其具有垂直于线的振动面。偏振程度据称约为97％。

(c)康宁(Corning)“Polarcor”

Polarcor是一种细长金属银晶体在其中沿一个方向布置从而具有偏振性能的玻璃材料。不同于常规有机偏振装置，Polarcor对热、湿、化学药品和激光的耐受性极好。Polarcor主要用于红外线，但也可以特殊制备用于可见光。

(d)分层偏振器

该分层偏振器是通过射频溅射来交替地堆叠厚度分别为6至8nm的Ge(锗)层和厚度分别为1μm的SiO₂层，直到厚度为60μm而形成，用于可见光。在波长0.6μm测量的品质因子α_TE/α_TM(TE波与TM波的消光系数比例)接近400，且在波长0.8μm测量的消光比和插入损耗分别为35dB和0.18dB，这对于可见光是足够的。

(e)反射偏振器

可以从Sumitomo 3M购得。具有不同折射率的几百层薄膜堆叠成层，且偏振光通过在层之间反复反射和透射而被取出。

术语“反射”被使用，这是因为反射偏振器将p偏振光和s偏振光之一反射并将另一透射。总厚度约100μm。

由于反射偏振器进行反射，与吸收类型相比，图像显得亮。

其中铝细线周期性布置的线栅类型反射偏振器也可以从美国公司Moxtek购得。

(f)偏振分束器

将光束分割成两个或更多个束或者将两个或更多个束组合成单个光束的光学装置称为分束器。

分割光束使得将两个分割束的偏振方向不同，这样的分束器称为偏振分束器。一般偏振分束器在两个直角棱镜的粘合表面上具有电介质多层膜的涂层，从而成90度地透射p偏振分量和反射s偏振分量。透射率和反射率均可以达98％以上。某些偏振分束器采用特殊光栅。

(g)偏振棱镜

单轴晶体对于寻常光和非寻常光具有不同的折射率，其中寻常光垂直于光轴的方向振动，非寻常光的振动方向在包含光轴的主平面内。因此，通过将从单轴晶体切割得到的两个棱镜组合，则可以分割具有不同振动面的光。

偏振棱镜的示例包括Nicol棱镜、Glan-Thompson棱镜、Glan-Foucault棱镜、Glan-Taylor棱镜、Rochon棱镜、以及Wollaston棱镜。

(h)衍射光栅

减小衍射光栅的节距使得TE波和TM波之间的透射率不同，从而该衍射光栅起到偏振器的功能。衍射光栅不称为偏振器，但是可以用作偏振器，因为衍射光栅具有偏振器功能。

对于形成磁光装置10的精细粒子布置层3的精细金属磁性粒子，尺寸小于或等于可见光波长的精细金属粒子例如金(Au)精细粒子，布置成彼此相距一定距离。结果，已经确认，透射的线偏振光的S波和P波的幅值比在表面等离子体激元共振频率附近不同，因为由于表面等离子体激元引起强电磁场。

此外，已经确认，相对于精细金属磁性粒子的局域化表面等离子体激元的共振频率，通过改变两个精细粒子之间的距离，引起幅值比的改变。

使用为铁磁材料的铁精细粒子作为该精细金属磁性粒子，在透射的线偏振光中引起法拉第效应或者偏振面的旋转。

已经确认，该法拉第效应与上述幅值比改变的现象组合显著大于以任意方式单独布置超精细粒子的情形。

这是因为由精细金属磁性粒子形成的电磁场使得对于S波和P波的折射率不同，由此引起幅值比的巨大差异。

不同于常规已知的完全均匀磁性膜或周期性光栅磁性膜的法拉第效应，规则布置的精细粒子的法拉第效应具有下述特性。

精细金属磁性粒子的特征在于，由于需要磁化的体积减小，因此可以使用弱电流产生的磁场来磁化该精细金属磁性粒子。

相应地，对于应用常规磁性膜的情形中由于高电阻而不能使用的透明导电膜，例如ITO膜或ZnO膜，可以用于互连层(即，可以用来替代常规线圈)，且进一步，该互连可以制成细线。相应地，对于将此应用于显示器的情形，可以显著改善整体透明度，因为(i)可以使用透明互连材料，(ii)可以减小互连材料的体积，(iii)可以减小具有低透明度的磁性材料层的体积，等等。

根据本发明的磁光装置不限于图1所示的示例(磁光装置10)。例如，预定反射层可以设置于非磁性支撑体1的与其上形成互连层2的侧相对的侧上。

反射层可以通过PVD形成。反射层材料的示例包括Al、Cu、Ag、Au、Pt、Rh、Al₂O₃、SnO₂、TeC、SeAs、TiN、TaN和CrN。此外，电介质多层膜也可以应用于该反射层。

优选地，反射层的厚度在0.1至1μm的范围。

形成互连层2的互连所需要的磁场远小于常规技术，因为在本实施例中采用了精细金属磁性粒子。相应地，产生磁场的元件可以不是线圈(绕线)，且可以是直线的线段的互连。通过如此提供线段互连，可以减小互连截面积，使得可以减小整个磁光装置10的尺寸。

通过使用SnO₂、In₂O₃或ZnO的透明导电膜作为互连，替代常规技术中使用的Au、Ag、Al或Pt的金属互连，也可以容易地使精细磁性粒子的磁化方向反向。

此外，也可以使用有机透明导电材料，例如具有乙二氧基(ethylenedioxy)基团的BEDO-TTF配合物或者使用C60衍生物的CT配合物。

因此，根据本实施例，与使用常规磁性材料连续膜或者周期性光栅磁性膜的情形相比，可以获得高得多的透明度，且通过将本实施例的磁光装置10应用于显示器，可以实现极高的对比度。

本实施例的磁光装置不仅可应用于利用透射光对比度的显示器，而且可应用于利用法拉第旋转角度的光学隔离器以及利用光学开关功能的用于通信的所谓光学开关。也就是说，本实施例的磁光装置也可应用于光学开关，该光学开关利用了致使电流沿一个方向在磁性线圈内流动的情形和致使电流沿相反方向在磁性线圈内流动的情形之间的透射率变化。

此外，本实施例的磁光装置也可应用于磁头(magnetic head)，附着或者分离地设置有线圈，从而形成用于盘或带磁性记录介质的头。

此外，本实施例的磁光装置也可应用于自动光控制窗，其利用光学开关功能通过电流连续地改变光透射率。

此外，本实施例的磁光装置与偏振转换元件组合，可以实现不仅利用S波和P波且利用约70％的光的各种装置。

下面给出根据本发明该实施例的具体示例。然而，本发明不限于下述示例。

[示例1]

图2为根据本发明实施例的示例1的磁光装置的示意性俯视平面图，其中超精细铁粒子30规则布置在非磁性支撑体1上，该超精细铁粒子30为形成精细粒子布置层3的精细金属磁性粒子的示例。首先，硅晶片准备成为非磁性支撑体1，且置于扫描电子显微镜内。随后，以30kV的加速电压、10^-11A的束流和约5nm的束尺寸(直径)，将电子束按照预定周期性图案发射到非磁性支撑体1的表面上，使得择优吸收位(preferential adsorption site)人为地在非磁性支撑体1表面上形成有规则布置。这里，该规则布置采用光栅布置。术语“择优吸收位”是指精细金属磁性粒子的下述布置的大致中心位置。

此外，使用硅晶片的该磁光装置用作反射类型。

接着，非磁性支撑体1转移到真空蒸镀装置，铁在10^-6Torr的压力下沉积在非磁性支撑体1上，厚度为4nm。

接着，非磁性支撑体1被加热，从而形成超精细铁粒子30(图2所示的铁球)的光栅布置，每个球形为30nm，由此引起表面等离子体激元振荡。通过如此加热其上沉积了铁的非磁性支撑体1，超精细铁粒子30布置并形成于先前形成的择优吸收位的位置。结果，得到呈光栅布置的超精细铁粒子30形成的精细粒子布置层3，该光栅布置为规则布置的示例。

紧接着透射穿过偏振器之后，线偏振光(波长550nm)沿着与纸面垂直的方向入射在超精细铁粒子30的光栅布置上，相对于光栅倾斜45°，如图2所示。

使用椭偏仪测量的入射之后的电场的X分量和Y分量的幅值比为入射之前的2.5倍。认为这是由于下述的法拉第效应增大，该法拉第效应增大是由于超精细铁粒子30的表面等离子体激元振荡所引起。

接着，使用电磁体(线圈)施加外部磁场，使得超精细铁粒子30沿着纸面内从顶部到底部的固定方向被磁化。

这种状态下，线偏振光被致使与上述相同地入射，使得偏振面旋转23°。

使用根据本实施例的超精细铁粒子30得到的法拉第旋转角度大于使用相同厚度(30nm)的铁薄膜的法拉第旋转角度(约1.2°)。

在图2，精细离子距离d为纸面内超精细铁粒子30的水平相邻线性阵列之间的距离，且距离h为纸面内垂直布置的超精细铁粒子30的中心之间的距离。在图2，距离h表示超精细铁粒子30的上端之间的距离，该距离也是其中心之间的距离。

[示例2]

如图3所示，ITO膜在用做非磁性支撑体1的硅晶片上按照类似于光栅的方式形成，其宽度为900nm、膜厚为100nm，且距离(间隔)为900nm，从而用做互连层2。

与示例1相同地，电子束发射到由ITO膜形成的互连光栅的交叉点(所谓的交点)上，由此在非磁性支撑体1上形成择优吸收位。随后，其上设置有互连层2的非磁性支撑体1转移到真空蒸镀装置，使得铁在10^-6Torr的压力下铁沉积在非磁性支撑体1上，厚度为4nm。接着，非磁性支撑体1被加热，从而与示例1相同地，铁的精细金属磁性粒子(图2的铁球)设置于互连层的光栅交叉点上，由此形成其中铁的精细金属磁性粒子规则布置的精细粒子布置层3。

由这些ITO膜形成的互连的100个交叉点被随机选择，且70mA的电流被致使流过所选择的交叉点的互连，由此将磁场施加到在交叉点上用做精细金属磁性粒子的铁球30。

图3示出下述情形，其中ITO互连X3和Y3、X3和Y4、X4和Y3、以及X4和Y4的交点被选择，且电流被致使流过这些交点。(所选择的交点统称为“选定交叉点组”)。电流流过的交点在图3中用黑色表示。因此，可以仅将磁场施加到布置于图3中黑色所示交叉点上的铁的精细金属磁性粒子。

已经确认，与示例1相同地，致使线偏振光透射的情形下，在选定交叉点组的法拉第旋转角度远大于其余未选定点的法拉第旋转角度。

[示例3]

使用石英基板替代硅晶片作为非磁性支撑体1。使用石英基板使得该磁光装置为透射类型。使用与示例2相同的其他条件，形成采用ITO膜的互连层2和采用精细铁粒子作为精细金属磁性粒子的精细粒子布置层3。

如图4所示，偏振器层5形成于非磁性支撑体1的底侧(与互连层2相对的一侧)上，使得非磁性支撑体1、互连层2和精细粒子布置层3夹置于上和下偏振器层4、5之间。偏振器层4和5均为可购得的碘类型偏振器。

当可见光透射穿过图4的磁光装置时，磁场施加到图3中黑色所示的被选择为电流流过的交点的交叉点组的铁精细金属磁性粒子。光在选定交叉点的点被阻挡，使得这些点呈现黑色，而光在其他点被透射，由此产生高对比度。

[示例4]

提供由300nm厚的铝膜形成的反射层6，替代图4所示的偏振器层5。使用与上述示例3相同的其他配置，形成具有图5所示配置的磁光装置。

当可见光透射穿过图5的磁光装置时，磁场施加到图3中黑色所示的被选择为电流流过的交点的交叉点组的铁精细金属磁性粒子。光在选定交叉点的点被阻挡，使得这些点呈现黑色，而光在其他点被透射，由此产生高对比度。

[示例5]

择优吸收位人为地预先形成于非磁性支撑体1的硅晶片上具有光栅布置。使用示例1中应用的真空蒸镀装置，先是铁膜，随后是钴膜，厚度分别为3nm，连续地在非磁性支撑体1上形成层。

采用与示例1相同的其他条件，其上具有上述形成层的铁和钴膜的非磁性支撑体1被加热，由此形成精细粒子布置层3，其中球形超精细粒子按照类似于光栅的方式布置，该球形超精细粒子是由铁和钴形成的精细金属磁性粒子。

随后，与示例1相同地如上所述使用电磁体、线圈或者互连层对铁和钴的精细金属磁性粒子施加磁场，以使其磁化。

已经确认，与示例1相同地使线偏振光入射时，偏振面在该状态下旋转13°。

[示例6]

与示例1相同地，择优吸收位人为地预先形成于非磁性支撑体1的硅晶片上具有光栅布置。使用示例1中应用的真空蒸镀装置，先是4nm厚的铁膜，随后是13nm厚的SiO₂膜，连续地在非磁性支撑体1上形成层。

采用与示例1相同的其他条件，其上具有上述形成层的铁和SiO₂膜的非磁性支撑体1被加热，由此形成精细粒子布置层3，其中球形超精细粒子按照类似于光栅的方式布置，该球形超精细粒子是由铁和SiO₂形成的精细金属磁性粒子。

随后，与示例1相同地如上所述使用电磁体、线圈或者互连层对铁和SiO₂的精细金属磁性粒子施加磁场，以使其磁化。

已经确认，与示例1相同地使线偏振光入射时，偏振面在该状态下旋转17°。

[示例7]

择优吸收位人为地预先形成于非磁性支撑体1的硅晶片上具有光栅布置。使用示例1中应用的真空蒸镀装置，40nm厚的铁膜形成于非磁性支撑体1上。随后，其上形成有铁膜的非磁性支撑体1被加热，由此形成第一精细粒子布置层，其中球形超精细粒子按照类似于光栅的方式布置，该球形超精细粒子是由铁形成的精细金属磁性粒子。接着，11nm厚的TiO₂膜形成于该第一精细粒子布置层上。随后，与在非磁性支撑体1的硅晶片上相同地，择优吸收位人为地预先形成于该TiO₂膜上具有光栅布置，且8nm厚的Au膜形成于其上形成有择优吸收位的该TiO₂膜上。随后，其上形成有Au膜的非磁性支撑体1被加热，由此形成第二精细粒子布置层，其中球形超精细粒子按照类似于光栅的方式布置，该球形超精细粒子是由Au形成的精细金属磁性粒子。

因此形成了具有Au/TiO₂/Fe层的超精细粒子布置层的磁光装置。

随后，与示例1相同地如上所述使用电磁体、线圈或者互连层对Fe的精细金属磁性粒子施加磁场，以使其磁化。已经确认，与示例1相同地使线偏振光入射时，偏振面在该状态下旋转9°。

[示例8]

在使用示例1中应用的真空蒸镀装置在非磁性支撑体1上形成铁层等时，引线(wire)设置于非磁性支撑体1和蒸镀源之间以改变膜厚，由此形成球形超精细铁粒子的光栅布置的精细粒子布置层3，这些球形超精细铁粒子是在非磁性支撑体1时间形成的精细金属磁性粒子，从而粒子尺寸不同且平均粒子尺寸为30nm。使用电子显微镜对形成该精细粒子布置层3的超精细铁粒子的观察表明，最大粒子尺寸为56nm且最小粒子尺寸为17nm。

随后，与示例1相同地如上所述使用电磁体、线圈或者互连层对铁的精细金属磁性粒子施加磁场，以使其磁化。

已经确认，与示例1相同地使线偏振光入射时，偏振面在该状态下旋转10°。

此外，已经确认，具有各种粒子尺寸的该精细金属磁性粒子的精细粒子布置层3能够获得大致上相同的旋转角度，即使发射波长的范围扩大。

[示例9]

电子束发射到非磁性支撑体1上，使得图2中的精细粒子距离d基本上为零且精细粒子布置在间隔400nm的直线上，由此形成择优吸收位。随后，铁膜形成于非磁性支撑体1上，且非磁性支撑体1被加热，由此获得精细粒子布置层3，其中球形超精细粒子按照类似于光栅的方式布置，该球形超精细粒子是由铁形成的精细金属磁性粒子。

随后，与示例1相同地如上所述使用电磁体、线圈或者互连层对铁的精细金属磁性粒子施加磁场，以使其磁化。

已经确认，与示例1相同地使线偏振光入射时，偏振面在该状态下旋转11°。

[示例10]

电子束发射到非磁性支撑体1上，使得图2中的精细粒子距离d基本上为零且精细粒子周期性地形成手征图案(chiral pattern，镜面非对称图案)，每个图案为500平方纳米，如图6所示，由此形成择优吸收位。随后，铁膜形成于非磁性支撑体1上，且非磁性支撑体1被加热，由此获得精细粒子布置层3，其中球形超精细粒子按照类似于光栅的方式布置，该球形超精细粒子是由铁形成的精细金属磁性粒子。

随后，与示例1相同地如上所述使用电磁体、线圈或者互连层对铁的精细金属磁性粒子施加磁场，以使其磁化。

使用磁光效应测量装置已经确认，与示例1相同地使线偏振光入射时，偏振面在该状态下旋转15°。(然而，入射光的偏振面垂直于纸面，如图6的箭头所示)。

基本上连续布置的精细金属粒子的手征图案的旋光性(optical rotarypower)以及通过该铁磁金属粒子布置而增大的法拉第旋转角度相结合而进一步增强，由此得到该结果。

[示例11]

择优吸收位人为地预先形成于非磁性支撑体1的硅晶片上具有光栅布置(周期性直线)。使用示例1中应用的真空蒸镀装置，先是铁膜，随后是金膜，厚度分别为3nm，连续地在非磁性支撑体1上形成层。采用与示例1相同的其他条件，其上具有上述形成层的铁和金膜的硅晶片(非磁性支撑体1)被加热，由此形成精细粒子布置层3，其中球形超精细粒子按照类似于光栅的方式布置，该球形超精细粒子是由铁和金形成的精细金属磁性粒子。随后，与示例1相同地如上所述使用电磁体、线圈或者互连层对铁和金的精细金属磁性粒子施加磁场，以使其磁化。

已经确认，与示例1相同地使线偏振光入射时，偏振面旋转14°。

从实验已经确认，30at％的金与铁混合比例对于550nm波长的线偏振光是有效的。

因此，根据本发明一个实施例，提供了一种磁光装置，包括：非磁性支撑体和位于该非磁性支撑体上的精细粒子布置层，该精细粒子布置层包括多个规则布置的精细金属磁性粒子，其中磁化是通过施加外部磁场到该精细金属磁性粒子而产生，且线偏振光被致使入射在该精细金属磁性粒子上，使得磁光效应通过该精细金属磁性粒子上的该入射光与该精细金属磁性粒子的表面等离子体激元振荡之间的相互作用而增大。

在布置该精细粒子之前而不是在布置该精细粒子之后，该外部磁场也可以施加到该精细金属磁性粒子用于磁化。

不是所有的精细金属磁性粒子需要被磁化，且存在未被磁化的精细金属磁性粒子。只是法拉第效应不在未磁化部分增大。

根据本发明一个实施例的磁光装置，精细金属磁性粒子规则布置，使得待磁化的体积减小。待磁化的体积减小并不使旋转偏振面的功能退化。相应地，磁化反向所需的磁场发生电流可以显著小于常规情形。此外，线性(直线)互连配置可以应用于磁场发生，取代绕线配置，使得可以整体上减小装置的互连截面积。

再者，使用透明导电膜(例如ITO或ZnO膜)还可以容易地使精细磁性粒子的磁化方向反向，而不使用金属互连导致大电流流过。结果，光阻挡减小，使得作为装置的透明度显著增大。此外，将这种磁光装置应用于显示器，对比度显著改善。

本发明不限于具体披露的实施例，且在不背离本发明的范围的情况下可以进行各种变化和调整。

本申请是基于申请日为2006年1月10日的日本优先专利申请2006-002214以及申请日为2006年10月27日的日本优先专利申请2006-292224，其全部内容引用结合于此。

Claims (10)

1.一种磁光装置，包括：

非磁性支撑体；以及

位于所述非磁性支撑体上的精细粒子布置层，所述精细粒子布置层包括多个规则布置的精细金属磁性粒子，

其中磁化是通过施加外部磁场到所述精细金属磁性粒子而产生，且线偏振光被致使入射在所述精细金属磁性粒子上，使得磁光效应通过所述精细金属磁性粒子上的所述入射光与所述精细金属磁性粒子的表面等离子体激元振荡之间的相互作用而增大。

2.如权利要求1所述的磁光装置，还包括：

一个或多个导电互连，沿相互垂直的第一方向和第二方向设置于包括所述精细金属磁性粒子的所述精细粒子布置层附近，

其中所述精细金属磁性粒子使用通过激励所述一个或多个导电互连而产生的磁场来磁化；以及

所述磁光效应通过所述激励的方向和数量而在空间上改变。

3.如权利要求2所述的磁光装置，还包括：

具有偏振器功能的多个偏振器层，所述偏振器层设置成使得所述导电互连与包括所述精细金属磁性粒子的所述精细粒子布置层设置于所述偏振器层之间。

4.如权利要求2所述的磁光装置，还包括：

具有偏振器功能的偏振器层；以及

反射层，

其中所述偏振器层和所述反射层设置成使得所述导电互连与包括所述精细金属磁性粒子的所述精细粒子布置层设置于所述偏振器层和所述反射层之间。

5.如权利要求1所述的磁光装置，其中所述精细金属磁性粒子包括多种类型的磁性金属。

6.如权利要求1所述的磁光装置，其中所述精细金属磁性粒子形成多个层。

7.如权利要求1所述的磁光装置，其中所述精细金属磁性粒子直径变化。

8.如权利要求1所述的磁光装置，其中所述精细金属磁性粒子布置成周期为10μm以下的直线。

9.如权利要求1所述的磁光装置，其中所述精细金属磁性粒子布置成镜面非对称图案。

10.如权利要求1所述的磁光装置，其中，除了所述精细金属磁性粒子之外，所述精细粒子布置层还包括精细非磁性金属粒子。

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