JP3853512B2 - 磁気光学素子 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気光学素子に関し、詳しくは、特に透明性に優れ、磁気ヘッドによって記録、読み出し（記録の再生）、記録の消去が繰り返し行なえ、また偏光子としても使用でき、さらに磁場と光を与えることによって画像を可視化できるディスプレイなどへの応用にも適した磁気光学素子に関する。また、空間光変調素子や磁界センサーなどへの応用にも適した磁気光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁性体を磁化し、磁化方向に並行に直線偏光を入射させると、その直線偏光は磁性体を通過することによって光の偏光面が回転されることはファラデー効果として知られている。そして、このファラデー効果を有する材料を用いて磁気記録媒体、空間光変調素子などがつくられている。
例えば、（１）特開昭５６−１５１２５号にはイットリウムおよび希土類鉄ガーネットとその誘導体を用いた磁気記録媒体、（２）特開昭６１−８９６０５号には六方晶フェライトを用いた磁気記録媒体、（３）特開昭６２−１１９７５８号にはイットリウム鉄ガーネット粒子を用いた塗布型磁気記録媒体、（４）特開平４−１３２０２９号には希土類鉄ガーネット微粒子を用いた塗布型磁気記録媒体、などが紹介されている。
これらの磁気記録媒体は、磁性体あるいは磁性体微粒子を基体上に薄膜状に記録層として形成した構造を有している。
これらの磁気記録媒体によれば、記録、読み出し（記録の再生）、記録の消去を良好に行うことができる。しかしその反面、これらの磁気記録媒体は、上記の記録、読み出し（記録の再生）、記録の消去の使用に限られてしまい、他の用途、特にディスプレイへの応用や転用には不向きであるといった欠点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、磁気ヘッドによって記録、読み出し（記録の再生）、記録の消去を行うことができ、偏光子としても用いることが可能であり、また磁場と光を与えることによって画像を可視化できるディスプレイなどとして応用しうる磁気光学素子を提供することにある。
本発明の他の目的は印加磁界強度に対する分解能がよく、印加磁界強度の僅かの差でも画像のコントラストとして可視化することができる磁気光学素子を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、空間光変調素子や磁界センサーなどへの応用にも適した磁気光学素子を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第一に、可視光に対して透明な基板に、該基板面に垂直に凹形の溝を直線状にかつ互いに平行となるように等間隔で複数列設け、該溝の側壁面に、強磁性体薄膜が形成されてなり、該強磁性薄膜は幅５〜１００ｎｍ、高さ０．１〜５μmの細線状であり、０．２〜２μmの等間隔を有して設けられていることを特徴とする磁気光学素子が提供される。
【０００７】
第二に、上記第一の磁気光学素子において、可視光に対して透明な基板の一方の面に光反射膜が設けられていることを特徴とする磁気光学素子が提供される。
【０００８】
第三に、上記第二の磁気光学素子において、光反射膜が設けられている面とは反対側の面に光反射防止膜が設けられていることを特徴とする磁気光学素子が提供される。
【０００９】
第四に、上記第一乃至第三のいずれかの磁気光学素子において、強磁性体薄膜が導電性を有することを特徴とする磁気光学素子が提供される。
【００１１】
第五に、上記第一乃至第三のいずれかの磁気光学素子において、強磁性体薄膜に接触して同じ高さで幅５〜１０ｎｍの非磁性半導体膜又は非磁性金属膜が形成されていることを特徴とする磁気光学素子が提供される。
【００１２】
本発明の磁気光学素子は、可視光に対して透明な基板に、幅５〜１００ｎｍ、高さ０．１〜５μｍの細線状の強磁性体薄膜が０．２〜２μｍの等間隔で直線状にかつ互いに平行になるように基板の水平方向に複数列設けられていることから、高い光透過率と磁気光学効果による大きな偏光機能が同時に得られ、磁化部と非磁化部に可視光の透過と不透過の高いコントラストができて、大面積の磁気光学素子に可視化できる画像等を記録することが可能であり、ディスプレイ等として応用することができる。
また、本発明の磁気光学素子は、印加磁界強度に対する分解能がよく、印加磁界強度の僅かの差でも画像のコントラストとして可視化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の磁気光学素子は、基本構成として、可視光に対して透明な基板に、幅５〜１００ｎｍ、高さ０．１〜５μｍの細線状の強磁性体薄膜を０．２〜２μｍの等間隔で基板の水平方向に複数列設けたものである。
【００１４】
実験によれば、本発明の磁気光学素子に光を照射した場合、基板平面上の同一照射面積において、細線状の強磁性体薄膜の高さが高く、強磁性体薄膜の間隔が狭いほど、すなわちアスペクト比（強磁性体薄膜の高さ／強磁性体薄膜の間隔）が大きいほど偏光度が向上する。本発明では偏光度が４０％以上の値を得られるようになった。
【００１５】
図１は本発明の磁気光学素子の一例を模式的に示す拡大断面図である。
図１において、可視光に対して透明な基板１に、幅Ｍが５〜１００ｎｍ、高さＨが０．１〜５μｍの細線状の強磁性体薄膜４が０．２〜２μｍの等間隔、すなわちＬ１＝Ｌ２でＬ１およびＬ２が０．２〜２μｍの範囲となるように、直線状にかつ互いに平行になるように複数列形成されている。
強磁性体薄膜４は、可視光に対して透明な基板１の表面に直線状にかつ互いに平行になるように複数列設けられた凹形の溝３の基板面に垂直な側壁面２に形成されている。
【００１６】
図２は、図１の磁気光学素子を模式的に示す拡大平面図であり、可視光に対して透明な基板１の表面に直線状にかつ互いに平行になるように複数列設けられた凹形の溝３の基板面に垂直な側壁面２に、細線状の強磁性体薄膜４が形成されている。
【００１７】
図３は本発明の磁気光学素子の他の例を模式的に示す拡大断面図である。
図３において、可視光に対して透明な基板１の表面に直線状にかつ互いに平行な凹形の溝３が複数列設けられ、溝３の基板面に垂直な側壁面２に強磁性体薄膜４が幅Ｍが５〜１００ｎｍ、高さＨが０．１〜５μｍの細線状に形成されており、細線状の強磁性体薄膜４は０．２〜２μｍの等間隔、すなわちＬ１＝Ｌ２でＬ１およびＬ２が０．２〜２μｍの範囲となるように形成されている。
【００１８】
そして、基板１の一方の面に光反射膜６が設けられ、光反射膜６が設けられている面とは反対側の面に反射防止膜７が設けられている。
光反射膜６は、別の基板１Ａ上に形成された光反射膜６を基板１の一方の面に張り合わせることにより設けることができる。
なお、図１および図３において、符号５は、細線状の強磁性体薄膜４を有する偏光・磁性層であり、文字通り、偏光層と磁性層とを兼ね備えた層である。
【００１９】
細線状の強磁性体薄膜４の幅（Ｍ）は５〜１００ｎｍが適当である。幅が５ｎｍ未満では磁気光学効果が弱くなりディスプレイ等に応用することが困難である。また、１００ｎｍを越えるようになると可視光域での偏光機能が低下し、また透明性も低下して５０％以上の光透過率が得られず、ディスプレイ等に応用することが困難である。
【００２０】
細線状の強磁性体薄膜４の高さ（Ｈ）は０．１〜５μｍが適当である。この高さによって磁気光学効果による偏光面回転角の増大が制御できるため、画像のコントラスト設計等が行いやすくなる。高さ（Ｈ）が０．１μｍ未満となると強磁性体の連続層を有する一般の磁気記録媒体並の効果（偏光機能・磁性機能）しか発揮されず、また５μｍを越えるようになると透明性が低下してディスプレイ等としての利用が困難になる。
【００２１】
細線状の強磁性体薄膜４の間隔（Ｌ）は０．２〜２μｍが適当である。間隔（Ｌ）が０．２μｍ未満となると透明性が低下し、また偏光機能が低下してディスプレイや偏光子などとしての利用が困難になる。
間隔（Ｌ）が２μｍを越えるようになると偏光機能が強磁性体の連続ベタ膜と同じようになってしまいディスプレイや偏光子などとして利用することが困難になる。
【００２２】
なお、幅５〜１００ｎｍ、高さ０．１〜５μｍの細線状の強磁性体薄膜４は直線状にかつ互いに平行になるように基板の水平方向に複数列形成されており、強磁性体薄膜は基板面に対して垂直になるように設けられるのが望ましいが、強磁性体薄膜の若干の倒れ、曲がり、強磁性体薄膜の間隔の若干のバラツキは機能面に影響を与えない。
【００２３】
溝３の中は、空洞でもよいし、可視光に対して透明な基板と異なる屈折率を有する透明材料で埋められていてもよい。このような透明材料としては、例えば、後記表１の材料を用いることができる。溝３の中を可視光に対して透明な基板と屈折率が同じ透明材料で埋めると、光の干渉による回折が生じず、大きな磁気光学効果が得られない。
【００２４】
本発明の磁気光学素子における透明基板としては、石英ガラス、サファイア、結晶化透明ガラス、パイレックスガラス、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＢｅＯ、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＴｈＯ2・ＧａＯ、ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）などの無機透明材料やＭＭＡ、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ポリプロピレン、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアリレート、ポリスチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、エポキシ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１、フッ素化ポリイミド、フッ素樹脂、フェノキシ樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ナイロン樹脂等の透明プラスチックフィルムが用いられる。透明プラスチックフィルムを用いると、軽い、曲げやすい等の利点がある。
【００２５】
透明基板の厚さは５０〜５００μｍが適当であり、薄いほど記録等のために用いる磁気ヘッドと偏光・磁性層５との距離が近くなり好ましい。透明基板の厚さが５００μｍより厚くなるようであれば、例えば図３の磁気光学素子における反射層６側から磁気ヘッドによって記録することも可能である。
【００２６】
本発明の磁気光学素子における強磁性体薄膜４の材料としては、磁気光学効果が大きく、膜面内に磁気異方性を有し、保磁力が２００〜２０００エルステッドと記録に適しているものが好ましい。また、偏光・磁性層５は偏光子としての機能をも有することから、強磁性体薄膜４は光の電界によって電子が移動できる導電性を有する材料で形成されていることが必要である。
【００２７】
このため、強磁性体薄膜が酸化物磁性体などの絶縁体（例えばＦｅ2Ｏ3、ＣｏＦｅ2Ｏ4、Ｂｉ2ＤｙＦｅ3.8Ａｌ1.2Ｏ12など）で構成されるときは、その酸化物磁性体薄膜に非磁性半導体膜あるいは非磁性金属膜を重ねるようにして設けて電子移動層を形成することが必要である。この電子移動層が厚くなると光の吸収が大きくなるので、電子移動層は薄いほど好ましく、また強磁性体薄膜以外に電子移動層を設ける必要がないように強磁性体薄膜を導電性を有する材料で形成することが好ましい。
図４は、非磁性半導体膜あるいは非磁性金属膜を設けた強磁性体薄膜の一例を模式的に示す拡大断面図である。
非磁性半導体膜あるいは非磁性金属膜８を酸化物磁性体薄膜４Ａに接して重ねて設けるには、図４（ａ）のように溝の側壁面に形成された酸化物磁性体薄膜４Ａ上に非磁性半導体膜あるいは非磁性金属膜８を設けても、また図４（ｂ）のように溝の側壁面に形成された非磁性半導体膜あるいは非磁性金属膜８上に酸化物磁性体層４Ａを設けてもよい。
【００２８】
また、強磁性体薄膜は透明性が高いことが好ましい。本発明における強磁性体薄膜の材料としては、従来一般に用いられている磁気光学効果を示す透明磁性材料を挙げることができるが、ファラデー効果が大きくて透明性の大きい、いわゆる性能指数の大きい磁性材料が好ましい。
【００２９】
このような磁性材料からなる強磁性体薄膜としては、平均粒子径２〜２０ｎｍの大きさの鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）等の強磁性金属の超微粒子、またはこれら強磁性金属の合金の超微粒子を含有する薄膜が好ましい。
これらの強磁性体薄膜は、ガス中蒸着法を用いて形成することができるが、蒸着する際に、希ガス中に僅かに（数１００ｍｔｏｒｒ）空気を導入すると好ましく製膜することができる。この場合、強磁性体薄膜は金属や合金の超微粒子以外の組成として酸素や炭素などを含有する。
【００３０】
鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属は大きな磁気光学効果を示すが、光の吸収も大きいため、そのままの金属薄膜では本発明の強磁性体薄膜として用いることが困難であるが、強磁性金属の超微粒子を含有する薄膜とすることにより大きな性能指数を有するようになり、本発明の強磁性体薄膜として好適である。
【００３１】
また、強磁性体薄膜における超微粒子の粒子径を制御することによって適当な保磁力を得ることができ、超微粒子間の距離を制御することによって膜面に対する磁気異方性を制御することができる。
さらに、強磁性金属の超微粒子、または強磁性金属の合金の超微粒子を含有する強磁性体薄膜は、金属であるため良好な導電体であり、偏光子としての機能をも有する偏光・磁性層５における強磁性体薄膜としてそのまま用いることができるので極めて好ましい。
【００３２】
強磁性体薄膜の材料としては、上記のほかに希土類鉄ガーネットやコバルトフェライト、Ｂａフェライト等の酸化物、ＦｅＢＯ3、ＦｅＦ3、ＹＦｅＯ3、ＮｄＦｅＯ3などの複屈折の大きな材料、ＭｎＢｉ、ＭｎＣｕＢｉ、ＰｔＣｏなどの透明磁性材料が挙げられる。磁気光学効果は、光の進行方向とスピンの方向とが平行の場合に最も大きな効果が得られるので、これらの材料は膜面内に磁気異方性を有することが好ましい。
【００３３】
これらの透明磁性材料を用いて強磁性体薄膜を形成するには、一般的なスパッタリング法、真空蒸着法、ＭＢＥ等のＰＶＤ法やＣＶＤ法、メッキ法などが用いられる。
【００３４】
また、本発明の磁気光学素子における光反射層は、特定の可視光域波長に高い反射率を有する材料、例えばＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、ＴｅＯｘ、ＴｅＣ、ＳｅＡｓ、ＴｅＡｓ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ等を用い、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などにより形成することができる。膜厚としては５０〜１００ｎｍが好ましい。この他にも、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2などの交互多層膜、金属と誘電体の交互多層膜、傾斜型反射板、ホログラム反射板（日本ポラロイド社製「ホロブライト」等）なども使用できる。
【００３５】
更に本発明の磁気光学素子においては、光の透過率を向上させ、化学的腐食や光による化学的変化からの防止を図るうえから、光反射膜が設けられている面とは反対側の面に光反射防止膜を設けることが好ましく、磁気光学素子をディスプレイとして使用する場合には、特に望まいしい。光反射防止膜は、下記表１にあげた材料などを用い、真空蒸着法などによって形成することができる。
【００３６】
【表１】
Figure 0003853512
【００３７】
本発明の磁気光学素子が偏光機能を有することは前記の通りであるが、偏光機能を更に強化したい場合などには、磁気光学素子に偏光子層を別個に設けてもよい。偏光子層としては、各種の市販のフィルム偏光板や、ビームスプリッターを用いた高透過率偏光子などを用いることができる。フィルム偏光板には大別して多ハロゲン偏光フィルム、染料偏光フィル、金属偏光フィルムなどがあるが、いずれも用いることができる。多ハロゲン偏光フィルムは２色性物質にヨウ素を用いているために可視光領域全般についてフラットな特性を有する。また染料偏光フィルムは偏光性能はヨウ素より劣るが、熱、光、湿度等に対する耐性に優れている。
【００３８】
本発明の磁気光学素子には、偏光・磁性層に画像を書き込む（記録する）ために磁気ヘッドが用いられる。そして磁気ヘッドを磁気光学素子の上または下に配設して用いることにより、従来の磁気テープや磁気ディスク等の磁気メモリーに記録するときのような磁気メモリーの高速での移動を行わずに、画像を偏光・磁性層に書き込むことができる。
【００３９】
磁気ヘッドとしては、磁気ヘッドアレイ、例えば、軟磁性体の細線に銅細線を巻き磁気ヘッドとし、その磁気ヘッドを格子状に配列した磁気ヘッドアレイを用いることができる。このような磁気ヘッドアレイにおいては、軟磁性体の細線の直径は１００μｍ程度、銅細線の直径は２０μｍ程度で磁気ヘッドの間隔は５０μｍ程度でよい。銅細線の巻き線は２本とし、１本は記録のための直流電流用である。もう１本は励磁のための交流電流用で、この場合磁界の検出には、直流電流用の巻き線が用いられる。
【００４０】
磁気ヘッドアレイとしては、この他に、軟磁性体のコア部をメッキ法で作り、コイル部をフォトリソグラフィー法で作製したものや、軟磁性体のコア部とコイル部を全てメッキ法で作製したもの等があり、磁気ヘッドの大きさや間隔、巻き線の巻き方などは上記の磁気ヘッドアレイと同様である。
【００４１】
図５はマイクロ磁気ヘッドの一例を示す図であり、図５（ａ）はマイクロ磁気ヘッドを模式的に示す断面図、図５（ｂ）はマイクロ磁気ヘッドを模式的に示す平面図である。このようなマイクロ磁気ヘッドを格子状に配列して二次元マイクロ磁気ヘッドアレイを作製することができる。
図５において、マイクロ磁気ヘッド１３は、ＦｅＮｉの円形磁石１４（直径６０μｍ）を囲むようにシリコン（Ｓｉ）部材１５が設けられ、そのシリコン（Ｓｉ）部材１５上にポリイミド樹脂１６に覆われた状態で金（Ａｕ）からなるコイル１７が上記円形磁石１４を中心にして設けられており、コイル１７は端子１８で配線１９に接続された構成となっている。二次元マイクロ磁気ヘッドアレイは、例えば、このようなマイクロ磁気ヘッド１３を円形磁石１４の中心間の間隔が１２０μｍとなるように格子状に配列して作製することができる。
【００４２】
上記のような磁気ヘッドアレイの上に本発明の磁気光学素子を配置し、コイルに流す電流を個別に制御して磁気ヘッドによって書き込みを行うことにより、磁気光学素子と磁気ヘッドアレイとの相対的な移動なく静止したままで、磁気光学素子の偏光・磁性層に画像を書き込むことができる。またこのようにして画像が記録された磁気光学素子は、そのまま、或いは一対のフィルム偏光子で挟み、これに可視光を当てることにより画像を可視化して、例えばディスプレイとして画像を見ることができる。本発明の磁気光学素子は、印加磁界強度に対する分解能がよく、印加磁界強度の僅かの差でも画像のコントラストとして可視化することができる。
【００４３】
磁気ヘッドとしては、磁気ヘッドアレイのほかに、円筒状の永久磁石を有する磁気ペンも、最も簡便なタイプの磁気ヘッドとして用いることができる。
磁気光学素子に記録された画像は、永久磁石の直流磁界に近づけた後遠ざけるか、または交流磁界を印加すること、或いは記録磁界とは逆方向に磁化すること等により、消去することができる。
【００４４】
図６は、本発明の磁気光学素子をディスプレイとして使用する場合において、２次元マイクロ磁気ヘッドアレイを用いて情報の書き込み消去を行う装置の構成の一例を示す説明図である。
図６において、２次元マイクロ磁気ヘッドアレイ２０の上に本発明の磁気光学素子２１が配置されている。２次元マイクロ磁気ヘッドアレイ２０は上記図５に示すマイクロ磁気ヘッドが格子状に配列されたものであり、マイクロ磁気ヘッドアレイ２０には行方向の選択を行うアドレス回路２２と選択された行内の各ヘッドに電流を流し情報を書き込む、或いは情報を消去するためのドライバ回路２３が接続されている。そして、これらの回路には情報の書き込み或いは消去を制御するためのコントローラ２４（パソコンやＰＤＡ）が接続されている。
【００４５】
書き込みを行いたい情報は外部記憶装置２５あるいは通信２６を介してコントローラ２４内部のＣＰＵ２７に取り込まれ順次メモリ２８に記憶される。書き込みを行うときはメモリ２８から情報が読み出され、順次ＣＰＵ２７を介して、前記ドライバ回路２３とアドレス回路２２に情報が渡され、２次元マイクロ磁気ヘッドアレイ２０におけるマイクロ磁気ヘッドにより磁気光学素子に情報が書き込まれる。
【００４６】
また情報の消去は、例えば、情報を書き込むときとは逆方向に電流を流し記録磁界とは逆方向に磁化することにより行うことができる。
このようにして、磁気光学素子と磁気ヘッドアレイとの相対的な移動なく静止したままで、磁気光学素子に画像情報を書き込みまた消去することができ、これに可視光を当てることにより画像を可視化して、例えばディスプレイとして画像を見ることができる。
【００４７】
なお、図６に示す装置の場合、磁気光学素子とマイクロ磁気ヘッドアレイとの相対的な移動はなく、従って、情報の磁気光学素子への書き込みは図５に示すコイルを持つマイクロ磁気ヘッドにより行うことができるが、磁気光学素子に書き込まれた磁気情報は磁束の時間的変化がないので図５に示すようなマイクロ磁気ヘッドでは磁気情報を読み取ることができない。
【００４８】
そこで、磁気光学素子に記録された磁気情報を読み取る必要がある場合には、例えば、磁気抵抗効果を持つ薄膜を用いた読み取り用ヘッドを用いればよい。図７はこのような読み取り用ヘッドの一例を模式的に示す図であり、図７（ａ）はその断面図、図７（ｂ）はその平面図である。図７において、読み取り用ヘッドはＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ等の合金あるいは酸化物の薄膜を積層することにより得られる磁気抵抗膜２９とその抵抗を測るための配線３０が基板３１に設けられた構成からなっている。
【００４９】
この読み取り用ヘッドによれば、磁気光学素子に保持されている磁化の磁束により磁気抵抗膜の抵抗が変化し、記録されている情磁気報を読みとることができる。したがって、図６に示す装置において、図５に示すマイクロ磁気ヘッドと図７に示す読み取り用ヘッドとを対にしてアレイ状に並べた２次元マイクロ磁気ヘッドアレイを用いることにより、情報の書き込み及び読み取りを行うことができる。情報の読み取りは、読み取り用ヘッドにおける磁気抵抗膜の抵抗値をドライバ回路で読みとり、その情報がＣＰＵに送られることにより行われ、その情報はメモリに蓄えられる。
【００５０】
図８は一次元のマイクロ磁気ヘッドアレイ３２を用いて情報の書き込み、及び情報の読み取りを行う装置の構成の一例を模式的に示す説明図である。ＣＰＵ２７はモーター駆動制御装置を介してモータ３３を動かし、磁気光学素子２１をマイクロ磁気ヘッドアレイ３２に対して相対的に移動させる。モータ３３にはデコーダ３４も設けられていて回転速度の精密な制御を行うことができる。この場合、磁気光学素子と磁気ヘッドアレイ３２との間に相対的な移動が生じるので、２次元のマイクロ磁気ヘッドアレイの場合と異なり、読み取り用のヘッドを特に設ける必要はなく、図５に示すマイクロ磁気ヘッドを情報の記録および再生の両方に用いることができる。
【００５１】
また、図には示さなかったが、少数のマイクロ磁気ヘッドを持つマイクロ磁気ヘッドアレイを、プリンタの印字ヘッドと同様に磁気光学素子の縦方向と横方向の両方向に移動させる（主走査と副走査を行う）ことにより、磁気光学素子に対して情報の書き込みと読み取りを行うことも可能である。
【００５２】
図９は本発明の磁気光学素子をディスプレイとして使用する場合において、コントラストが発現する様子を模式的に示す説明図である。
図９の磁気光学素子は、可視光に対して透明な基板１、その基板の一方の表面に設けられた直線状で且つ互いに平行な多数の凹形の溝、その溝の側壁面に形成された強磁性体薄膜を有する偏光・磁性層５、および基板の他方の面に設けられた光反射膜６からなっており、強磁性体薄膜は磁化部４Ｘ、非磁化部４Ｙを有している。
【００５３】
光１１Ａは円偏光であり、強磁性体薄膜の磁化部４Ｘを有する偏光・磁性層５を通り抜けてきた光１１Ｂは偏光面が回転している直線偏光である。光１１Ｂは光反射層６で反射され、この反射された光１１Ｃは再び強磁性体薄膜の磁化部４Ｘを有する偏光・磁性層５を通過する。ここで、光１１Ｃは偏光面が回転しているので、強磁性体薄膜の磁化部４Ｘを有する偏光・磁性層５（検光子となる）を通過することができない。一方、光１２Ａも円偏光であり、非磁化部４Ｙを有する偏光・磁性層５を通り抜けてきた光１２Ｂは直線偏光であるが、光反射層６で反射された光１２Ｃは偏光面が回転していない。非磁化部４Ｙでは直線偏光は検光子となる偏光・磁性層５と偏光面が合っているので通過できる。なお、光の通過の程度は強磁性体薄膜の磁化の程度に依存している。
【００５４】
このようにして、強磁性体薄膜の磁化部は暗く見え、非磁化部は明るく見える。
この現象を有する磁気光学素子は偏光子を兼ねることができ、また、所望の磁化部を形成しこれに光をあてて色々な可視像をつくり、変化させ、消去させることができるため、バックライトを必要としないディスプレイにも応用することができる。
【００５５】
さらに、本発明の磁気光学素子は空間光変調素子としても利用することができる。例えば、内径が１００μｍ程度の空芯コイルを格子状に配列して個別に電流を流せるようにし、これを、例えば図１に示す本発明の磁気光学素子に近接して配設し、更に１対の偏光子で磁気光学素子を挟み各空芯コイルに流す電流を個別に制御することにより、空間光変調素子として利用することができる。すなわち、磁気スピンのコイル磁界による方向変化は数ナノ秒であるので、各空芯コイルに流す電流を個別に制御することにより、高速度で光を通過させたり遮蔽したりすることができ、空間光変調素子として利用することができる。
【００５６】
また、本発明の磁気光学素子は、例えば、溝の側壁面に形成されている強磁性体薄膜の磁化の強さによって、磁気光学効果が異なるので磁界センサーとしても利用することができる。
【００５７】
本発明の磁気光学素子は、次のような工程により作製することができる。
すなわち、（１）透明基板の表面に、フォトリソグラフィー技術を用いて、直線状にかつ互いに平行になるように凹形の溝を多数列形成する工程、（２）上記溝が形成された透明基板上に強磁性体よりなる薄膜を形成する工程、（３）形成された強磁性体薄膜のうち凹形の溝の側壁の表面に形成された部分のみが残存するようにエッチング処理を行うことにより、細線状の強磁性体薄膜を形成する工程、（４）必要により、凹形の溝が埋まるようにスパッタリングなどにより基板上に無機材料などの皮膜を形成し、基板表面が平滑になるように研磨する工程、（５）必要により、磁気光学素子の透明基板の一方の面に光反射膜を形成する工程、または別の透明基板上に形成した光反射層を磁気光学素子の透明基板の一方の面に張り合わせる工程、（６）必要により、光反射膜が設けられている面とは反対側の面に光反射防止膜を形成する工程、により作製することができる。
【００５８】
図１０は、本発明の磁気光学素子を製造する工程の一例を示す説明図である。まず、透明基板１にレジスト膜９を積層し（ａ）、レジスト膜９上に等間隔の互いに平行な多数の直線状の細線パターンを有するフォトマスクを配置してＵＶ光を露光し、ついでウェットエッチングしてレジスト膜９を一定の等しい幅ｌ１及び間隔ｌ２になるようにパターン化し（ｂ）、透明基板１を特定の深さにエッチングして凹形の溝３を形成し（ｃ）、次いでレジスト膜９を剥離する（ｄ）。
【００５９】
このようにして溝３の側壁面を比較的容易に加工面に対して垂直に深く（１０μｍくらいまで）形成することができる。また、このリソグラフィー法を使用すれば、直線性のきれいな細線状の凹形の溝を形成することができる。
透明基板として透明プラスチックフィルムを用いる場合には、透明プラスチックフィルム上に例えばＳｉＯ2薄膜をＰＶＤ法で製膜し、このＳｉＯ2薄膜表面に凹形の溝を形成するようにしてもよい。
【００６０】
次に、この凹形の溝が形成された透明基板上に強磁性体からなる薄膜４を形成する（ｅ）。この薄膜の形成方法としては、ＰＶＤ法もしくはＣＶＤ法や、メッキ法が好適に採用されるが、特に製法が制限されるものではない。
次いで、形成された強磁性体薄膜４のうち基板表面に平行な部分をＡｒイオン１０によるエッチング（湿式、乾式を問わないが、基板側に逆バイアス電圧を印加して逆スパッタ法によるのが好ましい）で除去する（ｆ）ことにより、凹形の溝の側壁面に残存した強磁性体薄膜４による細線を形成することができる（ｇ）。
【００６１】
次に、別の透明基板１Ａの片面に光反射層を形成し、この光反射層付き基板の光反射層面と透明基板１の強磁性体薄膜４による細線が形成されている面とを張り合わせ、本発明の磁気光学素子を得ることができる（ｈ）。
【００６２】
【実施例】
次に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明する。
【００６３】
実施例１
１ｍｍ厚の石英基板の片面に、合計で１２０ｎｍの厚さとなるようにＣｒ2Ｏ3膜ついでＣｒ膜の２層を設け、更に、その上にポジ型レジスト膜を設けた。
このレジスト膜上に、互いに平行な多数の直線状の細線パターンを有するフォトマスクを配置し、ＵＶ光を用いてレジスト膜上に図１においてＬ１＝Ｌ２＝１．０μｍとなるように多数の直線状の細線パターンを露光し、ついでウェットエッチング手法を用いて上記レジスト膜をエッチングし、更にフッ素系ガスを用いて石英基板表面をエッチングして、深さ（図１におけるＨ）が０．６５μｍの細線状の凹形の溝を形成した。ついでレジスト膜およびＣｒ2Ｏ3膜とＣｒ膜を剥離した。
【００６４】
次に、ガス中蒸着法を用いて、上記石英基板の凹形の溝が形成された面上に、石英基板を加熱しないで、鉄微粒子膜を蒸着した。使用したＡｒガスは５０ＣＣＭの流量で流し、全圧力で１．０Ｐａとした。このようにして形成された鉄微粒子膜の平均膜厚は９０ｎｍであった。
【００６５】
透過型電子顕微鏡を用いて鉄微粒子膜における鉄微粒子の粒子径を測定したところ、鉄微粒子の平均粒子径は６ｎｍであった。また、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）で測定した鉄微粒子膜の組成は、６６％が鉄であり、その他は酸素、炭素、窒素であった。また、平坦部（上記鉄微粒子膜の形成時に石英基板面と同一平面に置いた石英基板上に形成された鉄微粒子膜）で測定した保磁力は３２０エルステッド、面内方向の角型比は０．８０で、面内磁気異方性を有した膜であった。
【００６６】
次いでスパッタ装置を用いて、基板側に−４００Ｖを印加し、Ａｒガスを導入して逆スパッタ法により基板表面に平行な部分（図１における２ａ面、２ｂ面）の鉄微粒子膜を除去し、凹形の溝の側壁面（図１における側壁面２）のみに鉄微粒子膜を残して細線状の鉄微粒子膜を形成した。
【００６７】
この石英基板の細線状の鉄微粒子膜が形成されている面と反対側の面に反射防止膜としてＭｇＦ２（ｎ＝１．３８）の膜を真空蒸着法によって１００ｎｍの厚さになるように設けて磁気光学素子を作製した。この反射防止膜によって可視光域の光の反射率は３％程低下した。
【００６８】
直線状でかつ互いに平行な細線状の強磁性体薄膜に対して電気ベクトルの方向が垂直な場合をＳ偏光、平行な場合をＰ偏光とすると、以上のようにして作製した磁気光学素子のＳ偏光透過率（Ｔ1）は波長６００ｎｍにおいて５０％以上であり、Ｐ偏光透過率（Ｔ2）は波長６００ｎｍにおいて４％以下であった。また、偏光度［（Ｔ1−Ｔ2）／（Ｔ1＋Ｔ2）］は波長６００ｎｍにおいて８６％であった。この数値は得られた磁気光学素子が偏光子としても有用であることを裏付けるものである。
【００６９】
上記磁気光学素子の反射防止膜を有する面から直径１ｍｍの円筒状棒磁石で文字を描いて細線状の鉄微粒子膜に磁化部を形成した。この磁気光学素子を一対のフィルム偏光板で挟み可視化を試みたところ、磁化部はファラデー回転した直線偏光がフィルム偏光板を通過することができずに黒く見え、一方非磁化部は偏光面の回転がないため直線偏光がフィルム偏光板を通過し明るく見えコントラストの明確な文字を読むことができた。
【００７０】
更に、別の石英基板（厚さ１ｍｍ）にＡｌ膜（厚さ２００ｎｍ）を真空蒸着法で設け、上記一対のフィルム偏光板のうちの石英基板の細線状の鉄微粒子膜が形成された面側のフィルム偏光板に代えて、Ａｌ膜側を上記石英基板の細線状の鉄微粒子膜が形成された面側に張り合わせて光反射膜を設け、上記と同様に円筒状棒磁石で文字を描くことにより、光反射膜からの反射光によるコントラストの良い文字を読むことができた。
【００７１】
実施例２
実施例１のガス中蒸着法の代わりに、スパッタ法を用いてターゲットをＢｉ2Ｇｄ1Ｆｅ4Ａｌ1Ｏ12とし、基板温度を３００℃とした以外は実施例１と同様にして、凹形の溝の側壁面に細線状の酸化物磁性体薄膜を厚さ５７ｎｍとなるように設けた。ついで６５０℃で３時間加熱した後、平坦部で測定した保磁力は５４０エルステッドであった。
【００７２】
次に、基板の凹形の溝が形成されている面にＧｅ膜をスパッタ法で基板加熱なしで厚さ８０Åとなるように形成（スパッタ圧力６．７×１０−３ｔｏｒｒ、投入電力２００Ｗ）した後、実施例１と同様な逆スパッタ法によりＧｅ膜を側壁面上の酸化物磁性体膜上にのみに残して磁気光学素子を作製した。
この磁気光学素子を用い実施例１と同様にして円筒状棒磁石で文字を描き可視化したところ、コントラストの良い文字を読むことができた。Ｇｅ膜を設けない場合には文字が観察できなかった。
【００７３】
実施例３
０．５μｍ厚のシリコンウエハ上にフォトリソグラフィー法を用いて、図５に示すようなマイクロ磁気ヘッド１３を格子状に並べたマイクロ磁気ヘッドアレイを作製した。マイクロ磁気ヘッド１３は、ＦｅＮｉの円形磁石１４（直径６０μｍ）を囲むようにシリコン（Ｓｉ）部材１５が設けられ、そのシリコン（Ｓｉ）部材１５上にポリイミド樹脂１６に覆われた状態で金（Ａｕ）からなるコイル（７回巻き）１７が上記円形磁石１４を中心にして設けられた構成となっている。マイクロ磁気ヘッドアレイは、このようなマイクロ磁気ヘッド１３を円形磁石１４の中心間の間隔が１２０μｍとなるように格子状に並べた構成となっている。
【００７４】
上記マイクロ磁気ヘッドアレイを実施例１で作製した磁気光学素子の反射防止膜上に配設し、各マイクロ磁気ヘッドごとにコイルに流す電流を制御して文字を描き細線状の鉄微粒子膜に磁化部を形成した。この磁気光学素子を一対のフィルム偏光板で挟み可視化を試みたところ、磁化部はファラデー回転した直線偏光がフィルム偏光板を通過することができずに黒く見え、一方非磁化部は偏光面の回転がないため直線偏光がフィルム偏光子を通過し明るく見えコントラストの明確な文字を読むことができた。
【００７５】
このようにマイクロ磁気ヘッドアレイを用い、アレイ内の各マイクロ磁気ヘッドごとにコイルに流す電流を制御することにより、磁気光学素子と磁気ヘッドアレイとの相対的な移動なく静止したままで、磁化部を形成して画像を記録することができ、また可視化することができる。また画像の記録および消去を行うことにより移動画像を可視化することもできる。さらに、交流の励磁コイルと直流電流用のコイルを併用すれば、磁気画像の検出も可能である。
【００７６】
比較例１
表面が平滑な石英基板上に、ガス中蒸着法によって、厚さ６７ｎｍの鉄の連続膜を蒸着し鉄磁性層を形成した。この鉄磁性層における可視光の透過率は４０％以下で、目視では黒い膜であり、可視画像を得ることはできなかった。
【００７７】
比較例２
実施例２におけるスパッタ法と同様にして、１ｍｍ厚の表面が平滑な石英基板上に、酸化物磁性体の連続膜を１００ｎｍと９００ｎｍの厚さで形成した。酸化物磁性体の連続膜は、厚さ１００ｎｍのもの及び厚さ９００ｎｍのもの共に黄色の膜で赤色光で８０％程度の透過率が得られたが、波長５００ｎｍ以下の波長の短い光では３０％以下の透過率であった。実施例２と同様に円筒状棒磁石で磁化した後、市販のフィルム偏光板２枚ではさんで可視化を試みた。酸化物磁性体の連続膜の厚さが１００ｎｍでは像が見えず、９００ｎｍでは像は観察できたが、光透過率が低いため、反射タイプの場合（透明基板の一方の面に光反射膜が設けられている磁気光学素子の場合）には像が観察できなかった。
【００７８】
【発明の効果】
請求項１、２および３の磁気光学素子によれば、可視光に対して透明な基板に、幅５〜１００ｎｍ、高さ０．１〜５μｍの細線状の強磁性体薄膜が０．２〜２μｍの等間隔で直線状にかつ互いに平行になるように基板の水平方向に複数列設けられていることから、高い光透過率と磁気光学効果による大きな偏光機能が同時に得られ、磁化部と非磁化部に可視光の透過と不透過の高いコントラストができて、大面積の磁気光学素子に可視化できる画像等を記録することが可能であり、ディスプレイ等として応用することができる。
また、上記磁気光学素子によれば、印加磁界強度に対する分解能がよく、印加磁界強度の僅かの差でも画像のコントラストとして可視化することができる。
【００７９】
請求項４の磁気光学素子によれば、光反射膜を設けたことにより磁化部と非磁化部に可視光の透過と不透過の更に高いコントラストが得られ、反射型ディスプレイとして使用することができる。
請求項５の磁気光学素子によれば、反射防止膜を設けたことにより光の透過率が向上し、更に高コントラストの画像を観察することができる。
請求項６の磁気光学素子によれば、強磁性体薄膜が導電性を有しているので、強磁性体薄膜以外に電子移動層を設けることなく、この強磁性体薄膜により偏光層と磁性層とを兼ね備えた偏光・磁性層を形成することができる。
【００８０】
請求項７の磁気光学素子によれば、強磁性体薄膜が大きなファラデー効果を有するＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ又はこれらの合金の超微粒子を含有する強磁性体薄膜であることにより、大きなファラデー効果と合わせて透明性にも優れ、高い光透過率と磁気光学効果による大きな偏光機能が同時に得られることから、コントラストの高い画像を観察することができる。
請求項８の磁気光学素子によれば、強磁性体薄膜が絶縁性の場合に、非磁性半導体膜また非磁性金属膜を重ねて設けたので、こりにより偏光機能が付与され、偏光層と磁性層とを兼ね備えた偏光・磁性層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気光学素子の一例を模式的に示す拡大断面図である。
【図２】図１の磁気光学素子を模式的に示す拡大平面図である。
【図３】本発明の磁気光学素子の他の例を模式的に示す拡大断面図である。
【図４】非磁性半導体膜あるいは非磁性金属膜を設けた強磁性体薄膜の一例を模式的に示す拡大断面図である。
【図５】マイクロ磁気ヘッドアレイに用いるマイクロ磁気ヘッドの一例を模式的に示す断面図及び平面図である。
【図６】２次元マイクロ磁気ヘッドアレイを用いて磁気光学素子に情報の書き込み消去を行う装置の構成の一例を示す説明図である。
【図７】読み取り用ヘッドの一例を模式的に示す断面図及び平面図である。
【図８】一次元のマイクロ磁気ヘッドアレイを用いて磁気光学素子に情報の書き込み、及び情報の読み取りを行う装置の構成の一例を模式的に示す説明図である。
【図９】本発明の磁気光学素子をディスプレイとして使用する場合において、コントラストが発現する様子を模式的に示す説明図である。
【図１０】本発明の磁気光学素子を製造する工程の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 可視光に対して透明な基板
２ 凹形の溝の側壁面
３ 直線状にかつ互いに平行になるように複数列設けられた凹形の溝
４ 強磁性体薄膜
４Ａ 酸化物磁性体薄膜
４Ｘ 強磁性体薄膜の磁化部
４Ｙ 強磁性体薄膜の非磁化部
５ 偏光・磁性層
６ 光反射膜
７ 光反射防止膜
８ 非磁性半導体膜あるいは非磁性金属膜
９ レジスト膜
１０ Ａｒイオン
１１Ａ 円偏光
１１Ｂ 磁化部４Ｘを有する偏光・磁性層を通り抜けてきた光
１１Ｃ 光反射層で反射された光
１２Ａ 円偏光
１２Ｂ 非磁化部４Ｙを有する偏光・磁性層を通り抜けてきた光
１２Ｃ 光反射層で反射された光
１３ マイクロ磁気ヘッド
１４ 円形磁石
１５ シリコン部材
１６ ポリイミド樹脂
１７ コイル
１８ 端子
１９ 配線
２０ ２次元マイクロ磁気ヘッドアレイ
２１ 磁気光学素子
２２ アドレス回路
２３ ドライバ回路
２４ コントローラ
２５ 外部記憶装置
２６ 通信
２７ ＣＰＵ
２８ メモリ
２９ 磁気抵抗膜
３０ 配線
３２ 一次元のマイクロ磁気ヘッドアレイ
３３ モータ
３４ デコーダ

Claims (5)

  1. 可視光に対して透明な基板に、該基板面に垂直に凹形の溝を直線状にかつ互いに平行となるように等間隔で複数列設け、該溝の側壁面に、強磁性体薄膜が形成されてなり、該強磁性薄膜は幅５〜１００ｎｍ、高さ０．１〜５μmの細線状であり、０．２〜２μmの等間隔を有して設けられていることを特徴とする磁気光学素子。
  2. 可視光に対して透明な基板の一方の面に光反射膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の磁気光学素子。
  3. 光反射膜が設けられている面とは反対側の面に光反射防止膜が設けられていることを特徴とする請求項２記載の磁気光学素子。
  4. 強磁性体薄膜が導電性を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気光学素子。
  5. 強磁性体薄膜に接触して同じ高さで幅５〜１０ｎｍの非磁性半導体膜又は非磁性金属膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気光学素子。
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