JP5896361B2 - 金属イオンドープEu(II)化合物のナノ結晶及び薄膜 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態に係るナノ結晶は、金属イオンがドープされた結晶性のEu(II)化合物ナノ結晶である。金属イオンがドープされたEu(II)化合物ナノ粒子の大きさは、例えば平均粒径が約5nm〜100nmである。Eu(II)化合物ナノ粒子の材料としては、例えば、EuO,EuS,EuSe又はEuTeのユーロピウムカルコゲナイドが用いられる。金属イオンの材料としては、遷移金属が用いられる。例えばMn、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、ZnもしくはCd又はこれらの組み合わせが用いられる。また、金属イオンの濃度は、質量百分率で約0.1%〜49%の範囲であればよい。さらに、金属イオンがドープされたEu(II)化合物ナノ粒子は、当該遷移金属により被覆されていてもよい。
実施形態に係るナノ結晶の製造方法について図1を用いて説明する。なお、以下では説明理解の容易性を考慮し、Eu(II)化合物としてEuS(硫化ユーロピウム)、金属としてMnを用いた場合を説明する。
本発明の実施形態に係る薄膜は、金属イオンがドープされた結晶性のEu(II)化合物ナノ結晶からなる薄膜である。膜厚は、例えば約5nm〜100μmである。金属イオンがドープされたEu(II)化合物ナノ粒子の大きさは、例えば平均粒径が約5nm〜100nmである。Eu(II)化合物ナノ粒子の材料としては、例えば、EuO,EuS,EuSe又はEuTeのユーロピウムカルコゲナイドが用いられる。遷移金属が用いられる。例えばMn、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、ZnもしくはCd又はこれらの組み合わせが用いられる。また、金属イオンの濃度は、質量百分率で約0.1%〜49%の範囲であればよい。
実施形態に係る薄膜の製造方法について説明する。なお、以下では説明理解の容易性を考慮し、Eu(II)化合物としてEuS(硫化ユーロピウム)、金属としてMnを用いた場合を説明する。
上述したEu(II)化合物を含む複合ナノ結晶及び複合薄膜は、大きなファラデー効果を奏するため、光磁気材料として応用することができる。例えば、戻り光を防止するために光通信などで用いられている光アイソレータなどへの適用が考えられる。図14は、従来から用いられている光アイソレータの概略構成図である。図14に示すように、光アイソレータは、ファラデー回転子10が偏光子11と検光子12の間に置かれ、ファラデー回転子10に磁場を印加する永久磁石13に挟まれた構造となっている。光アイソレータでは、光ファイバ14aから導入された順方向の光は偏光子11により直線偏光にされた後、ファラデー回転子10により偏光面が回転した光が検光子12を通過して光ファイバ14bに導入される。一方、逆方向の光(戻り光)は検光子12により直線偏光にされ、ファラデー回転子10によりその偏光面が回転するが、回転後の光は偏光子11とは偏光面が一致しないため光は偏光子11を通過できず、戻り光がそこで遮断されるようになっている。ファラデー回転子10として、従来はガーネット結晶製のもの等を用いていた。上述したEu(II)化合物を含むナノ結晶又は薄膜を用いてファラデー回転子10を形成した場合であっても、ガーネット結晶製のファラデー回転子10と同様の偏光面回転効果を得ることができる。このため、家庭用の短距離通信用光アイソレータを安価に作製することが可能である。
また、上述したEu(II)化合物を含む複合ナノ結晶を無機ガラス薄膜やポリマー薄膜に含有させることにより新たな特性を有する薄膜を生成することができる。例えば、上述した複合ナノ結晶を含有した溶液を、加水分解及び縮重合反応によりコロイド溶液とし、さらに反応を促進させることにより流動性を失ったゲルを形成し、このゲルを熱処理することにより、複合ナノ結晶を含有した無機ガラス薄膜を生成することができる。また、例えば、上述した複合ナノ結晶を溶解したポリマーに分散させて板等に吹き付けて乾かすことにより、複合ナノ結晶を含有したポリマー薄膜を生成することができる。
実施形態に示す製造方法でMnドープのEuSナノ結晶を作成した。
(実施例2)
実施形態に示す製造方法でFeドープのEuSナノ結晶を作成した。
(実施例3)
実施形態に示す製造方法でCoドープのEuSナノ結晶を作成した。
実施形態に示す製造方法でEuSナノ結晶及びMnSナノ結晶を作成し、これらの混合物を作成した。EuSとMnSとの混合比は、10:1とした。
(比較例2)
実施形態に示す製造方法でEuSナノ結晶を作成した。
実施例1及び比較例1について、MHループを測定した。測定結果を図15に示す。図15に示すように、比較例1の保磁力HCは20Oe、飽和磁化MSは2.89×10−21emuであった。これに対して、実施例の保磁力HCは24Oe、飽和磁化MSは5.44×10−21emuであった。このように、実施例1と比較例1とを比べると保磁力HCの大きさは増加したものの大きくは変化しなかった。一方、実施例1の飽和磁化MSは、比較例1の飽和磁化MSの約1.88倍となった。飽和磁化の増加は、Eu2+−Mn2+相互作用によるものと考えられる。このように、飽和磁化の向上が観測されたことから、EuS中へのMnドープは磁気特性向上に効果的であることが示された。
実施例1〜3及び比較例2について光吸収を測定した。最初に、実施例1及び比較例2について、トルエンに溶解させて、紫外可視光の波長範囲での光吸収を測定した。測定結果を図17に示す。図17の横軸は波長、縦軸は吸収度absである。図17に示すように、波長350nm〜650nmにおいて、実施例1は、比較例2に比べて高い吸収特性を示すことが確認された。すなわち、Mnドープによって吸収ピークが短波長側にシフトすることが確認された。次に、実施例1〜3及び比較例2について、トルエンに溶解させて、波長300nm〜800nmの範囲での光吸収を測定した。測定結果を図18に示す。図18の横軸は波長、縦軸は吸収度absである。図18に示すように、遷移金属イオン(Mn,Fe,Co)ドープによって吸収ピークが短波長側にシフトすることが確認された。吸収ピークの詳細を以下の表3に示す。
実施例1,2及び比較例2について、室温においてベルデ定数スペクトルを測定した。通常、ベルデ定数Vは、直線偏光の回転角(ファラデー角)α、磁場H、サンプルの厚さlを用いて、以下の数式(1)で算出することができる。
Claims (9)
- Mn,Fe又はCoのイオンがドープされたEuSのナノ結晶。
- Mn,Fe又はCoを含有する膜で被覆された請求項1に記載のナノ結晶。
- Mn,Fe又はCoのイオンがドープされたEuSの薄膜。
- 請求項1又は2に記載のナノ結晶又は請求項3に記載の薄膜を含む光磁気材料。
- 請求項1又は2に記載のナノ結晶を含む無機ガラス薄膜。
- 請求項1又は2に記載のナノ結晶を含むポリマー薄膜。
- 請求項1又は2に記載のナノ結晶、請求項3に記載の薄膜、請求項4に記載の光磁気材料、請求項5に記載の無機ガラス薄膜又は請求項6に記載のポリマー薄膜を有するファラデー回転子、を備える光アイソレータ。
- Eu(III)を含有する錯体及び遷移金属を含有する錯体を溶媒に分散させるステップと、
前記溶媒を熱還元反応させることによって前記遷移金属のイオンがドープされたEu(II)化合物のナノ結晶を合成するステップと、
を備え、
前記遷移金属はMn,Fe又はCoであり、
前記Eu(II)化合物はEuSである、
ナノ結晶の製造方法。 - 電気化学的に薄膜を製造する製造方法であって、
Eu(III)を含有する錯体及び遷移金属を含有する錯体を溶媒に分散させるステップと、
透明電極を作用電極とし、前記溶媒中に前記透明電極を挿入して電圧を印加することにより前記透明電極に前記遷移金属のイオンがドープされたEu(II)化合物からなる薄膜を形成するステップと、
を備え、
前記遷移金属はMn,Fe又はCoであり、
前記Eu(II)化合物はEuSである、
薄膜の製造方法。
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