JPH1179894A - ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜 - Google Patents

ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜

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JPH1179894A
JPH1179894A JP23968497A JP23968497A JPH1179894A JP H1179894 A JPH1179894 A JP H1179894A JP 23968497 A JP23968497 A JP 23968497A JP 23968497 A JP23968497 A JP 23968497A JP H1179894 A JPH1179894 A JP H1179894A
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JP
Japan
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magnetic field
single crystal
crystal film
hysteresis
bismuth
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JP23968497A
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English (en)
Inventor
Kazushi Shirai
一志 白井
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒステリシスの低減されたビスマス置換希土
類鉄ガーネット単結晶膜を提供する。 【解決手段】 幅 0.01 mm以上のV溝または面の一辺部
に角度15〜75度で幅 0.2mm以上の傾斜部を有するビスマ
ス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜。 【効果】 所謂、角型ヒステリシスを有するビスマス置
換希土類鉄ガーネット単結晶膜であっても、本解決手段
によりヒステリシスが大幅に低下して、光センサやスイ
ッチとして使用可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気的なヒステリシス
を大幅に減少させたビスマス置換希土類鉄ガーネット単
結晶膜であり、従来、磁気的なヒステリシスが大きいた
めに光磁界センサや光スイッチ用のファラデー回転子と
しては利用することのできなかったビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶の磁気的なヒステリシスを大幅に減
少させて、光磁界センサや光スイッチ用として利用可能
とするものである。
【0002】
【従来の技術】近年、大きなファラデー効果を有するビ
スマス置換希土類鉄ガーネット単結晶(以下、BIG と記
す) 膜を利用した光スイッチ、または光電流センサや光
回転センサとも呼ばれる光磁界センサと云ったデバイス
が次々と実用化され、そしてこれら用途に合わせた BIG
膜の開発も盛んにおこなわれている。ファラデー効果と
は、磁気光学効果の一種で、ファラデー効果を示す材
料、例えば、 BIG膜などを透過した光の偏波面が回転す
る現象を言う。図1に、この偏波面の回転の大きさやそ
の回転方向と外部磁界の強度とその方向との典型例を示
した。
【0003】図1において、外部磁界を加えないとファ
ラデー回転子のファラデー回転角はゼロ(0) 、即ち、原
点(o) に位置する。外部磁界が徐々に強まると、ファラ
デー回転角は外部磁界の方向に応じて、+θf または−
θf (通常右回りの回転をプラス、左回りをマイナスと
する) 、経路 (o →a →b)または経路 (o →d →e)を経
て次第に大きくなる。外部磁界がある一定の磁界強度(+
Hs又は-Hs)に達すると、ファラデー回転角は、飽和した
値 (飽和磁界;b点または e点) となる。更に外部磁界強
度が強まってもファラデー回転子は磁気的に飽和してい
るので、 b→cまたは d→f へと移行し、ファラデー回
転角の大きさに変化はない。つぎに、外部磁界を徐々に
弱めていくと、上記の逆向きの経路、即ち、c →b→a
→o またはf →e →d →o で原点o に戻る。
【0004】光スイッチや光磁界センサは、この偏波面
回転の外部磁界依存特性を利用したものである。光スイ
ッチは、上記図1において、飽和点b と飽和点e 以上の
磁界を、磁界発生装置によって発生させ、切り換えて動
作させる。また、光電流センサは、この原点o と飽和点
b 或いはe との間の直線領域(a,d) におけるファラデー
回転角の差異を光強度変化として検出することによる。
【0005】例えば、光スイッチにおいて、ファラデー
回転子が磁気的に飽和するに必要な磁界 (飽和磁界:Hs)
が大きいと、必要十分な外部磁界を発生させるために磁
界発生装置が大型化して、大きな電力が必要となる。ま
た、電流によるコイルの発熱などの問題が発生する。こ
のため、ファラデー効果を応用した光スイッチでは、磁
界発生装置の省電力化や小型化を図る必要から、低い磁
界で磁気的に飽和するファラデー回転子が必要となる。
【0006】光磁界センサにおいては、外部磁界に対応
したファラデー回転角の変化を検出することを動作原理
としていることから、感度、すなわち、単位磁界当たり
のファラデー回転角の大きなことが望まれる。そのため
にも、低い磁界で磁気的に飽和するファラデー回転子が
必要となる。以上のように、光スイッチや光磁界センサ
においては、性能面または製造コストの面で、できるだ
け低い磁界で磁気的に飽和するファラデー回転子が切望
されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】化学式 : (RBi)3(FeM)
5O12 (式中、R はY, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb,
Dy, Ho, Er, Tm, YbおよびLuからなる群から選択された
1種または2種以上であり、M はAlおよびGaの1種また
は2種である) で表される BIG膜は、通常、液相エピタ
キシャル(=LPE)法で製造され、極めて大きなファラデー
効果を示すことからファラデー回転子として利用されて
いる。光スイッチや光磁界センサに用いられる BIGは、
上述した理由から、低い飽和磁界を有することが望まし
く、通常、鉄の一部をAlやGaなど非磁性元素で置換した
ものが用いられる。例えば、(GdBi)3(FeAlGa)5O12 、(H
oTbBi)3(FeAlGa)5O12(特開平61-20926号公報、同5-5562
1 参照) が報告されている。
【0008】このような BIG膜において、AlやGaによる
Faの置換量を変えてその飽和磁界を下げていくと、次第
に磁気的なヒステリシスが大きくなるという、実用上極
めて大きな問題が生じる。磁気的なヒステリシスについ
て、下記に説明する。上記に説明した図1は、磁気的な
ヒステリシスが無い場合に相当する。これに対して、磁
気的なヒステリシスがある場合、その大きさに応じて、
外部磁界に対する磁化特性は、図2、図3のように次第
に大きい材料となり、図4のように飽和磁界を越えた場
合もある。
【0009】図1は、飽和磁界の比較的大きな BIG、Fe
をAlやGaなどで置換していない、例えば(HoTbBi)3Fe5O
12 、からなるファラデー回転子の外部磁界に対する磁
化特性に相当する。図2〜図4は、飽和磁界が小さな B
IG、FeをAlやGaなどで置換し、さらに希土類の種類も適
宜選択した、例えば(GdBi)3(FeAlGa)5O12 からなるファ
ラデー回転子の外部磁界に対する磁化特性に相当する。
【0010】図2は、外部磁界強度とファラデー回転角
との関係において、経路o →a →b→c →b →b'→a →o
のようなヒステリシスループを描く。すなわち、外部
磁界を強めて行くときに経路o →a →b →c 、弱めて行
くときに経路c →b →b'→a→o]で変化し、その経路が
異なるのである。図2において、 b点および c点におけ
る磁界を飽和磁界(Hs)、磁化特性のヒステリシスによっ
て生じたb'点およびe'点における磁界を核形成磁界(Hn)
と称し、飽和磁界(Hs)と核形成磁界(Hn)との差(Hs-Hn)
をヒステリシスの大きさと定義する。また、b 点におけ
る飽和磁界(Hs)を(Hs1) 、b'点における核形成磁界(Hn)
を(Hn1) と表示し、また、e 点における飽和磁界(Hs)を
(Hs2) 、e'点における核形成磁界(Hn)を(Hn2) と表示す
る。
【0011】BIG 膜のヒステリシスが大きくなると、核
形成磁界(Hn1) が原点(o) を超えて、マイナス側に入り
込むもの (図3) となり、さらに、核形成磁界(Hn1) が
飽和磁界(Hs2) よりも大きくなり、一旦飽和された後
は、四角形のヒステリシスカーブ (四角形のループ) を
描くだけとなるもの (図4) となる。このようにヒステ
リシスの大きな BIGは、光磁界センサ用のファラデー回
転子としては不適当であり、光スイッチ用途にも、動作
に必要な磁界が大幅に大きくなることから利用は困難で
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者は、飽和磁界が
小さいが磁気的なヒステリシスの大きい BIGを光スイッ
チや光磁界センサ用のファラデー回転子として利用する
方法を鋭意検討した。その結果、 BIGの表面にV溝を付
けることまたは端に傾斜部を設けることにより、光スイ
ッチや光磁界センサの動作に支障をきたす原因となった
磁気的なヒステリシスが大幅に減少することを見出し
た。これに基づいて、更に詳細な実験・研究をおこなっ
た結果、本発明を完成した。
【0013】すなわち、本発明は、面内に幅 0.01mm 以
上のV溝を有することからなる液相エピタキシャル法に
て育成したビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜、
並びに少なくともその一辺が角度 15度〜75度、幅 0.2
mm以上の傾斜部を有することからなる液相エピタキシャ
ル法にて育成したビスマス置換希土類鉄ガーネット単結
晶膜である。本発明において、V溝は BIG膜面内で有効
部分を除く部分に付ける。これは、V溝がヒステリシス
を減少させる効果は場所による差は特にないことによ
る。
【0014】V溝または傾斜部を有する BIG膜のヒステ
リシスが大幅に小さくなる理由は、未だ明確ではない
が、これまで得た知見から、以下のようであると推察さ
れる。一般に、外部磁界によって磁化された磁性体は、
その磁性体自らが作り出す磁界によって、すなわち反磁
界によって磁化が消失する。反磁界の大きさは、磁性体
の基本物性である飽和磁化と、そして磁性体の形状によ
って決まる反磁界係数との積で表される。飽和磁化の小
さな磁性体では、反磁界が小さく、磁化を消失するに必
要十分な力、すなわち必要十分な反磁界、が発生しな
い。
【0015】BIG 膜においても同様に、飽和磁化を下げ
ることで反磁界が小さくなり、磁化が消失し難くなり、
磁気的なヒステリシスを生じるようになると考えられ
る。そこで、 BIG膜に設けたV溝または傾斜部は、平面
形状を乱した部分であり、その結果、この部分において
局所的な磁束の流れに乱れ、すなわち、局所的な反磁界
係数の変化が生じ、ここを起点として、磁化の消失が起
こり易くなったものと推察される。
【0016】
【発明の効果】表面にV溝を付けることまたは端に傾斜
部を設けることにより、磁気的なヒステリシスが大幅に
減少した BIG膜が得られ、光センサ用または光スイッチ
用として好適に使用できるものが得られた。
【0017】
【実施例】以下に実施例、比較例により本発明を具体的
に説明する。 実施例1 大きさ 2×2 mm、厚さ 0.42mm の BIG膜[(TbBi)3(FeAlG
a)5O12] の磁化曲線を測定した結果、核形成磁界(Hn)は
-120(Oe)、飽和磁界(Hs)は 280(Oe)であった。よって、
ヒステリシスの大きさ(Hs-Hn) は 400(Oe)であり、ヒス
テリシス曲線は図3に相当するものであった。この BIG
膜に、幅 0.02mm 、長さ 2mmのV溝を付け、磁化曲線を
測定した結果、核形成磁界は180(Oe) となった。ヒステ
リシスの大きさ(Hs-Hn) は 100(Oe)へ低下し、光センサ
用として使用可能となった。
【0018】実施例2 大きさ 3×3 mm、厚さ 0.46mm の BIG膜[(TbBi)3(FeAlG
a)5O12] の磁化曲線を測定した結果、核形成磁界(Hn)は
-240(Oe)、飽和磁界(Hs)は 110(Oe)であった。よって、
ヒステリシスの大きさ(Hs-Hn) は 350(Oe)であり、ヒス
テリシス曲線は図4に相当するものであった。この BIG
膜に、幅 0.01mm 、長さ 1.2mmのV溝を付け、磁化曲線
を測定した結果、核形成磁界は -70(Oe)となり、ヒステ
リシス曲線は図3に相当するものとなり、光スイッチと
して使用可能となった。
【0019】実施例3 大きさ 3×3 mm、厚さ 0.32mm の BIG膜[(GdYBi)3(FeG
a)5O12]の磁化曲線を測定した結果、核形成磁界(Hn)は-
280(Oe)、飽和磁界は 90(Oe) であった。よって、ヒス
テリシスの大きさ(Hs-Hn) は 370(Oe)であり、ヒステリ
シス曲線は図4に相当するものであった。この BIG膜
に、幅 0.02mm 、長さ 2mmのV溝を付け、磁化曲線を測
定した結果、核形成磁界は -50(Oe)となった。ヒステリ
シスの大きさ(Hs-Hn) は 140(Oe)へ低下し、ヒステリシ
ス曲線は図3に相当するものとなり、光スイッチとして
使用可能となった。
【0020】実施例4 実施例3のV溝形成前と同組成、同形状の BIG膜の磁化
曲線を測定した結果、核形成磁界(Hn)は-260(Oe)であっ
た。この BIG膜の一辺部分を、角度45度、幅 0.2mmに研
磨除去し、磁化曲線を測定した結果、核形成磁界(Hn)は
-80(Oe) となった。ヒステリシスの大きさ(Hs-Hn)は 17
0(Oe)へ低下し、ヒステリシス曲線は図3に相当するも
のとなり、光スイッチとして使用可能となった。
【0021】実施例5 大きさ 4×4 mm、厚さ 0.5 mm の基板付き BIG膜[(YLaB
i)3(FeGa)5O12]の磁化曲線を測定した結果、核形成磁界
(Hn)は60(Oe)、飽和磁界(Hs)は250(Oe) であった。よっ
て、ヒステリシスの大きさ(Hs-Hn) は 190(Oe)であり、
ヒステリシス曲線は図2に相当するものであった。この
BIG膜に、幅 0.02mm 、長さ 4mmのV溝を付け、磁化曲
線を測定した結果、核形成磁界は 230(Oe)となった。し
たがって、ヒステリシスの大きさ(Hs-Hn)は 20(Oe) へ
低下し、光センサ用としてより好適に使用可能となっ
た。
【0022】比較例1 実施例3のV溝形成前と同組成、同形状の BIG膜の磁化
曲線を測定した結果、核形成磁界(Hn)は-260(Oe)であっ
た。この BIG膜には、光学研磨により生じた幅約 0.002
mmの研磨キズがあるが、核形成磁界は飽和磁界 90(Oe)
より大きな値を示した。
【図面の簡単な説明】
【図1】磁気的なヒステリシスを示さないビスマス置換
希土類鉄ガーネット単結晶の磁気特性の一例を示す模式
図である。
【図2】磁気的なヒステリシスを示すビスマス置換希土
類鉄ガーネット単結晶の磁気特性の一例を示す模式図で
ある。
【図3】大きな磁気的なヒステリシスを示すビスマス置
換希土類鉄ガーネット単結晶の磁気特性の一例を示す模
式図である。
【図4】大きな磁気的なヒステリシスのため、角型ヒス
テリシスをなすビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶
の磁気特性の一例を示す模式図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 面内に幅 0.01mm 以上のV溝を有するこ
    とからなる液相エピタキシャル法にて育成したビスマス
    置換希土類鉄ガーネット単結晶膜。
  2. 【請求項2】 少なくともその一辺が角度 15度〜75
    度、幅 0.2mm以上の傾斜部を有することからなる液相エ
    ピタキシャル法にて育成したビスマス置換希土類鉄ガー
    ネット単結晶膜。
JP23968497A 1997-09-04 1997-09-04 ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜 Pending JPH1179894A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009002937A (ja) * 1999-04-09 2009-01-08 Cambridge Enterprise Ltd センサ素子
JP2013095608A (ja) * 2011-10-28 2013-05-20 Shin-Etsu Chemical Co Ltd ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶、その製造方法、及びファラデー回転子

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