JP2012255916A - 磁気光学材料、磁気光学素子、および磁気光学材料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上記課題は、チタニアナノシートなどの極薄い磁性体を貴金属表面上に配置することにより達成される。
【選択図】図1
Description
ここで、前記磁性体薄膜の少なくとも一部が前記金属の表面上に形成される近接場内に入るようにしてよい。
また、前記磁性体薄膜の膜厚が10nm以下であってよい。
また、前記貴金属等の表面が10〜100nmの直径のナノ粒子から構成されていてよい。
また、前記磁性体薄膜が組成式Ti1−yMyO2(Mは、V,Cr,Mn,Fe,Co,NiおよびCuからなる群から選択された少なくとも1種の元素であり、0<y<1)で表される酸化チタン化合物で構成されていてよい。
また、前記酸化チタン化合物は厚み0.5nm〜10nm、横サイズ50nm〜100μmのシート状形状を有していてよい。
また、前記酸化チタン化合物は、組成式:AxTi1−yMyO2(Aは、H、Li、Na、K、RbおよびCsからなる群から選択される少なくとも1種の元素であって0<x≦1。Mは、V,Cr,Mn,Fe,Co,NiおよびCuからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0<y<1)で表される層状チタン酸化物のいずれか又はその水和物を剥離して得られたシート状形状のナノ結晶であってよい。
本発明の他の側面によれば、前記磁気光学材料を用いた磁気光学素子が与えられる。
本発明の更に他の側面によれば、Langmuir−Blodgett法により前記磁性体薄膜を前記貴金属等の表面上に付着させる、前記磁気光学材料の製造方法が与えられる。
ここで、前記磁性体薄膜を有機ポリカチオンを介して前記貴金属等の表面上に付着させてよい。
また、紫外線を照射して有機ポリカチオンを除去してよい。
また、熱により有機ポリカチオンを除去してよい。
なお、磁性体膜はそれを構成する材料が磁性を発揮するための最小単位構造(たとえば以下に述べるナノシートの場合にはその1枚の層)を持っているので、磁性体材料が決まれば、その最小単位の厚さ(たとえば単層膜の厚さ)すなわち磁性体膜の厚さの下限は自ずと決まる。従って、磁性体膜(3)の厚さの下限は、数値的に一つに指定することができる性質のものではない。
実際の操作としては、基板を<1>有機ポリカチオン溶液に浸漬→<2>純水で洗浄→<3>チタニアナノシート・ゾル溶液に浸漬→<4>純水で洗浄するという一連の操作を1サイクルとして、必要回数分反復する。有機ポリカチオンとしては、以下の実施例記載のポリエチレンイミン(PEI)、さらに同様なカチオン性を有するポリジアリルジメチルアンモニウム塩化物(PDDA)、塩酸ポリアリルアミン(PAH)などが適当である。また、交互積層に際しては、基板表面に正電荷を導入することができれば基本的に問題なく、有機ポリカチオンの代わりに、正電荷を持つ無機高分子、多核水酸化物イオンを含む無機化合物を使用することもできる。
また、磁性体膜の成膜に際しては、基板表面が充分にナノシートで吸着・被覆されていれば良く、スピンコート法あるいはディップコート法を利用することも可能である。
以下では実施例を例示することにより、本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものでないことは言うまでもない。例えば、以下の実施例では近接場効果を有する貴金属等の膜としてAuナノ粒子からなる膜を例示したが、近接場効果を与える素材として他にAg,Cu,Al単体あるいはAu,Ag,Cu,Al間の任意の合金を使用しても実施例と同種の作用効果を達成することは明らかである。また、貴金属等の膜のナノ構造としてはナノ粒子に限定されるものではなく、例えば貴金属等の島状の領域などであっても良い。更に、近接場内に少なくともその一部が入る磁性体膜は、以下に例示した組成・構造以外であっても良い。
層状チタン酸化物(K0.8Ti0.8Co0.2O2)は、炭酸カリウム(K2CO3)、酸化チタン(TiO2)および酸化コバルト(CoO)をK:Ti:Co比にして0.8:0.8:0.2の割合に混合し、800℃で40時間焼成して得られたものである。
この粉体1gを室温にて1規定の塩酸水溶液100mL中で酸処理を行ない、水素交換体(H0.8Ti0.8Co0.2O2)を得、次いで、この水素交換体0.5gにテトラブチルアンモニウム水酸化物(以下、TBAOHと記載する)水溶液100mLを加えて室温にて1週間程度撹拌、反応させて、組成式Ti0.8Co0.2O2で表される厚さ約1nm、横サイズ1〜10μmの長方形状のナノシートが分散したゾル溶液を作製した。さらに、これを50倍に希釈した溶液を調整した。
[1]圧縮速度0.5mm/分でバリヤを移動させて表面を圧縮することにより、気−水界面上に分散したチタニアナノシートを寄せ集め、一定圧力になった後30分間静置する。このようにして、気−水界面にてチタニアナノシートを並置一体化したモノレイヤー膜を形成する。
[2]引き上げ速度0.8mm/分で基板(1)を垂直に引き上げて前記モノレイヤー膜を基板に付着させることで、チタニアナノシートが緻密にパックされた薄膜を得る。
この層状チタン酸化物(K0.8Ti0.75Co0.15Fe0.1O2)は、炭酸カリウム(K2CO3)、酸化チタン(TiO2)、酸化コバルト(CoO)および酸化鉄(Fe2O3)をK:Ti:Co:Fe比にして0.8:0.75:0.15:0.1の割合に混合し、800℃で40時間焼成して得られたものである。
この層状チタン酸化物の粉体1gに対して室温にて1規定の塩酸水溶液100mL中で酸処理を施し、水素交換体(H0.8Ti0.75Co0.15Fe0.1O2)を得、次いで、この水素交換体0.5gにTBAOH水溶液100mLを加えて室温にて1週間撹拌、反応させて、組成式Ti0.75Co0.15Fe0.1O2で表される厚さ約1nm、横サイズ1〜10μmの長方形状のナノシート(2)が分散したゾル溶液を作製した。さらに、これを50倍に希釈した溶液を調整した。
[1]上記PDDA溶液に20分間浸漬
[2]Milli−Q純水で充分に洗浄
[3]撹拌した上記ナノシートゾル溶液中に浸漬
[4]20分経過後にMilli−Q純水で充分に洗浄
なお、磁気光学材料の利用に当たり、上記実施例1から3の手法に基づき、チタニアナノシートを多層化することも本発明の範疇である。
さらに、本発明では、従来の磁性体薄膜プロセスの主流である、大型の真空装置や高価な成膜装置を必要としない、低コスト、低環境プロセスを実現することができる。従って、本発明の磁気光学材料を磁気光学材料が基幹部品となっている、超高密度記録、センシング、生物医学、画像化技術などの技術分野に使用すれば極めて有用であると結論される。
さらに、本発明では、従来の薄膜プロセスの主流である、大型の真空装置や高価な成膜装置を必要としない、低コスト、低環境負荷プロセスを実現することができる。従って、本発明の磁気光学材料を、磁気光学材料が基幹となっている超高密度記録、センシング、生物医学、画像化技術などの技術分野に使用すれば極めて有用であると結論される。
Claims (12)
- 膜厚が50nm以下の磁性体薄膜をAu,Ag,CuおよびAlからなる群から選択された一つの種類の金属または前記群から選択された複数の金属の合金(以下、貴金属等と称する)の表面上に配置した、磁気光学材料。
- 前記磁性体薄膜の少なくとも一部が前記金属の表面上に形成される近接場内に入る、請求項1に記載の磁気光学材料。
- 前記磁性体薄膜の膜厚が10nm以下である、請求項1または2に記載の磁気光学材料。
- 前記貴金属等の表面が10〜100nmの直径のナノ粒子から構成される、請求項1から3の何れかに記載の磁気光学材料。
- 前記磁性体薄膜が組成式Ti1−yMyO2(Mは、V,Cr,Mn,Fe,Co,NiおよびCuからなる群から選択された少なくとも1種の元素であり、0<y<1)で表される酸化チタン化合物で構成される、請求項1から4の何れかに記載の磁気光学材料。
- 前記酸化チタン化合物は厚み0.5nm〜10nm、横サイズ50nm〜100μmのシート状形状を有している、請求項1から5の何れかに記載の磁気光学材料。
- 前記酸化チタン化合物は、組成式:AxTi1−yMyO2(Aは、H、Li、Na、K、RbおよびCsからなる群から選択される少なくとも1種の元素であって0<x≦1。Mは、V,Cr,Mn,Fe,Co,NiおよびCuからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0<y<1)で表される層状チタン酸化物のいずれか又はその水和物を剥離して得られたシート状形状のナノ結晶である、請求項1から6の何れかに記載の磁気光学材料。
- 請求項1から7のいずれかに記載の磁気光学材料を用いた磁気光学素子。
- Langmuir−Blodgett法により前記磁性体薄膜を前記貴金属等の表面上に付着させる、請求項1から7の何れかに記載の磁気光学材料の製造方法。
- 前記磁性体薄膜を有機ポリカチオンを介して前記貴金属等の表面上に付着させる、請求項1から7の何れかに記載の磁気光学材料の製造方法。
- 紫外線を照射して有機ポリカチオンを除去する、請求項10に記載の磁気光学材料の製造方法。
- 熱により有機ポリカチオンを除去する、請求項10に記載の磁気光学材料の製造方法。
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