KR101967247B1 - Method of amplifying magnetooptical Kerr effect by means of photon crystal structures, and photon crystal with amplified magnetooptical Kerr effect, method of fabricating the photon crystal - Google Patents
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Abstract
광결정 구조를 이용한 자기광 커 효과의 증폭 방법, 자기광 커 효과가 증폭된 광결정, 및 광결정의 제조방법이 개시된다. 개시된 광결정 구조를 이용한 자기광 커 효과의 증폭 방법은 결정 자석의 주기적으로 구조화된 표면을 갖는 자성 광결정을 제조하여 자기광 커 효과를 증폭한다.A method of amplifying a magnetic-field effect using a photonic crystal structure, a photonic crystal amplifying a magnetic-field effect, and a method of manufacturing a photonic crystal are disclosed. The amplification method using the photonic crystal structure amplifies a magnetic photonic effect by manufacturing a magnetic photonic crystal having a periodically structured surface of a crystal magnet.
Description
본 발명은 자기광자학 및 나노기술분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기 광학 효과를 강화하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the fields of magnetomagnetism and nanotechnology, and more particularly to methods for enhancing the magneto-optical effect.
자기광학 물질의 특성과 응용 방법은 수십년간 연구 발전되어 왔다 (예를 들어, A. B. Granovskii, E. A. Gan'shina, A. N. Yurasov, Yu. V. Boriskina, S. G. Yerokhin, A. B. Khanikaev, M. Inoue, A. P. Vinogradov, Yu. P. Sukhorukov, Magneto-refractive effect in nanostructures, manganite and magneto-photonic crystals, Radiotekhnika i Elektronika, Vol. 52, No. 9, pp. 1152-1159 (2007)). 자기광 물질은 자기장에 의해 제어가능한 광전자 장치, 통신 시스템 및 컴퓨터 기술에 사용될 수 있다. 이와 별도로, 자기 플라즈모닉스(magnetoplasmonics), 특히 플라즈몬 회로를 만드는데 있어서, 금속과 함금에 기초한 역오팔(inverted opal)의 응용에 대한 전망을 주목할 필요가 있다.The properties and application methods of magneto-optical materials have been developed for decades (for example, AB Granovskii, EA Gan'shina, AN Yurasov, Yu V. Boriskina, SG Yerokhin, AB Khanikaev, M. Inoue, AP Vinogradov, Yu.P. Sukhorukov, Magneto-refractive effect in nanostructures, manganite and magneto-photonic crystals, Radiotekhnika i Elektronika, Vol.52, No. 9, pp. 1152-1159 (2007)). Magnetic materials can be used in optoelectronic devices, communication systems, and computer technology that can be controlled by a magnetic field. Separately, there is a need to pay attention to the application of inverted opals based on metal and metal alloys in making magnetoplasmonics, especially plasmonic circuits.
자기장 내에서 투명한 매질을 통과하는 광빔의 편광면의 회전(패러데이 효과)이나 자화된 매질로부터의 반사하는 광빔의 편광면의 회전(커 효과)으로 나타나는 자기광학 효과는, 편광면의 회전각의 매우 작은 값으로 말미암아 오랜 시간동안 순수한 물리적 관점에서만 중요하게 취급되었으나, 최근 수십 년동안 중요하며 실용적인 응용이 다양하게 발견되었다. 최근 자기광학 효과에 대한 주요한 관심은 물리학, 광학 및 전자기학에서의 응용으로 인한 것이다.The magneto-optical effect, which is represented by the rotation (Faraday effect) of the polarization plane of the light beam passing through the transparent medium in the magnetic field or the rotation (the Kerr effect) of the polarization plane of the reflected light beam from the magnetized medium, Small values have long been considered important in pure physical terms, but in recent decades important and practical applications have been found. Recent interest in the magneto-optical effect is due to its application in physics, optics and electromagnetics.
자기광학 효과의 특징으로 비가역성(nonreciprocity), 즉 광빔의 가역성 원리의 어긋남이 있다. 역으로의 광빔의 방향 변경은, 전진 궤적상에서, 편광면의 동일한 회전각과 동일한 방향을 갖는다. 그러므로, 자성 물질을 통과하는 광빔의 반복적인 전송에서 자기광학 효과는 축적된다. 매질 내의 광빔의 다중 반사는 물질의 공간 변조되는 유전상수에 의해 가능하다. (최근 광결정으로 널리 알려진) 이러한 물질은 유전상수의 주기적인 교란에 전자기파의 반복적 브래그 반사에 의해 발생되는 광 금지영역들(photon forbidden zones)을 가지며, 광과 물질의 상호작용 효율을 증대시키는데 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 자성 역오팔(magnetic inverted opal)은 자기광학 효과에 기초하여 외부 자기장에 의해 제어가능한 광소자를 만들 수 있는 가능성과 관련하여 최근 의심할 바 없는 관심을 보여준다.A characteristic of the magneto-optical effect is nonreciprocity, that is, a discrepancy in the principle of reversibility of the light beam. The direction change of the light beam in the reverse direction has the same direction as the same rotation angle of the polarization plane on the advancing locus. Therefore, the magneto-optical effect accumulates in the repetitive transmission of the light beam passing through the magnetic material. Multiple reflections of the light beam in the medium are possible by the spatially modulated dielectric constant of the material. These materials, which are now known as photonic crystals, have photon forbidden zones that are generated by repetitive Bragg reflection of electromagnetic waves in the periodic disturbances of the dielectric constant and can be used to increase the interaction efficiency of light and matter have. In this regard, a magnetic inverted opal shows a recent undoubted interest in the possibility of making an optical element controllable by an external magnetic field based on the magnetooptical effect.
커 효과의 값은 광이 자화된 물질과 상호작용하는 효율로 정의될 수 있다. 광은 플라즈마 진동의 주파수 이하에서 도체로부터 강하게 반사되나, 그럼에도 불구하고 광의 물질과의 상호작용이 있는 한계치인 표피층의 두께로 침투한다. 여기서, 플라즈마 진동의 주파수는 SGS 시스템에서 ωp≒(4πne2/m)1/2로 주어질 수 있으며, 이때 n은 전도 전자 밀도, e는 전하, m은 전자 질량을 나타낸다. 또한, 표피층의 두께는 δ=c/(2πσμω)1/2로 나타낼 수 있으며, 이때 σ는 비전도도를 나타낸다. 그러므로, 광의 자유 전하 운반자들과의 상호작용의 결과로서 금속 표면에는, 전자들과 전자기장의 상호 연결된 진동들을 나타내는, 플라즈몬-편광 파가 있을 수 있다. 표면 플라즈몬-편광 파의 발생은 광의 물질과의 상호작용의 증폭을 일이킨다. 플라즈몬-편광파가 더욱 효과적으로 발생될수록, 커 효과는 더욱 강하게 나타나게 될 것이다.The value of the Kerr effect can be defined as the efficiency with which the light interacts with the magnetized material. The light is strongly reflected from the conductor below the frequency of the plasma oscillation, but it nevertheless penetrates into the thickness of the skin layer, which is the limit of interaction with the material of light. Here, the frequency of the plasma oscillation can be given in the SGS system as ω p ≈ (4πne 2 / m) 1/2, where n is the conduction electron density, e is the charge, and m is the electron mass. In addition, the thickness of the skin layer can be expressed as δ = c / (2πσμω) 1/2, where σ represents the degree of nonconductivity. Thus, on the metal surface as a result of the interaction with the free charge carriers of light, there can be plasmon-polarized waves, representing the mutually coupled vibrations of the electrons and the electromagnetic field. The generation of surface plasmon-polarized waves results in the amplification of the interaction of light with matter. The more effective the plasmon-polarized wave is generated, the stronger the effect will be.
금속 표면 상하에서의 플라즈몬-편광 파는 하기의 수학식 1 및 수학식 2로 기술된다.The plasmon-polarized waves above and below the metal surface are described by the following equations (1) and (2).
여기서, kp는 플라즈몬 편광 파의 파수(wave number), ε1은 금속 상부의 매질의 유전상수 (ε1 > 0, 진공의 경우 ε1 = 1), ε2는 금속 내에서의 유전 상수(ε2 < 0, |ε2| > ε1)를 나타낸다. 금속의 유전 상수 ε2의 모듈러스는 주파수가 증가됨에 따라 감소되며, 이는 플라즈몬-편광 파의 ω(kp)가 선형 의존으로부터 일탈하게 한다. 그런데, 보통의 광에 대한 브랜치 ω(k)와 플라즈몬-편광 파에 대한 브랜치 ω(k)의 직접적인 교차는 발생되지 않으며, 이에 따라 광 자극의 금속 표면에 평행한 성분의 보존의 요건 k·sinθ= kp의 달성은 불가능하다. 여기서 θ는 광빔의 입사각을 나타낸다. 그러나, 만일 금속이 k-공간에서 x축 방향으로 주기 G = 2π/d의 주기적 구조를 갖는다면(여기서, d는 직접적인 공간에서 구조 주기이다), G값에서 차이가 있는 파수들은 물리적으로 동등한 것으로 간주될 수 있으며, 따라서 플라즈몬-편광 파의 여기는 하기의 수학식 3을 만족하는 파수 kp를 가지는 것이 가능할 것이다.Where k p is the wave number of the plasmon polarized wave, ε 1 is the dielectric constant of the medium above the metal (ε 1 > 0, ε 1 = 1 for vacuum), ε 2 is the dielectric constant in the metal ε 2 <0, | ε 2 |> ε 1 ). The modulus of the dielectric constant ε 2 of the metal decreases as the frequency increases, which causes ω (k p ) of the plasmon-polarized wave to deviate from its linear dependence. However, there is no direct crossover of the branch? (K) to the ordinary light and the branch? (K) to the plasmon-polarized wave, so that the requirement for the preservation of the component parallel to the metal surface of the light- = k p is not achievable. Here,? Represents the incident angle of the light beam. However, if the metal has a periodic structure with a period G = 2π / d in the x-axis in k-space (where d is the structural period in direct space), the waves with different G values are physically equivalent And thus the excitation of the plasmon-polarized wave may have a wave number k p satisfying the following equation (3).
상기 수학식 3은 좀 더 일반적인 경우에, k?inq = k p + mG이 된다. 여기서, m은 임의의 정수이다. 특히, 수학식 3의 조건은 하기의 수학식 4로 주어지는 파장에서 달성될 것이다.Equation (3), in a more general case, k? inq = k p + mG . Here, m is an arbitrary integer. In particular, the condition of Equation (3) will be achieved at the wavelength given by Equation (4) below.
표면 플라즈몬-편광 파의 유효한 생성은 이 경우 우드 특징(Wood feature)으로 불리우는 반사 스펙트럼에서의 최저점 발생을 야기하는 반사광의 세기 강하에 이르게 한다.The effective generation of surface plasmon-polarized waves leads to a reduction in the intensity of the reflected light which, in this case, causes a low point in the reflection spectrum called Wood feature.
그러므로, 자성체 특히, 자성 역오팔의 주기적으로 구조화된 표면을 만드는 것에 의하여 자기광 커 효과를 증폭시키는 것을 기대할 수 있다는 이론적 정당성이 있다.Therefore, there is theoretical justification that one can expect to amplify the magneto-optical effect by creating a periodically structured surface of the magnetic body, in particular the magnetic inverse opal.
광과 매질의 상호작용을 증폭시키는 광결정 매질의 사용에 대한 최근의 여러 예들이 이미 알려져 있으나, 이러한 응용들은 굴절 광학에서 광결정을 사용하는데 국한되고 있는 반면에, 광결정에 기초한 반사광학은 실질적으로 개발되고 있지 않다. 현재 응용되고 있는 광결정 반사 표면을 형성하는 방법들은 충분하지 않은 유연성을 가져, 외부 전자기장에 의해 제어가능한 반사에 기초한 광학 요소로서 광결정 구조의 복잡한 응용을 미리 결정하는 표면 모폴로지의 정확한 제어 능력이나 리소그래피 방식의 요구되는 적용을 제공하지 못한다.While many recent examples of the use of photonic crystal media to amplify the interaction of light and medium are already known, these applications have been limited to using photonic crystals in refractive optics, while reflective optics based photonic crystals have been substantially developed It is not. Current methods of forming photonic crystal reflective surfaces are not sufficiently flexible, and can be controlled by an external electromagnetic field, as an optical element based on reflection, which precisely determines the complex application of the photonic crystal structure, or the ability to precisely control the surface morphology, It does not provide the required application.
미국 특허 No.7965436는 광의 편광면을 회전시키는 장치 및 이의 제조 방법을 개시한다. 개시된 장치는 다음과 같은 특징을 갖는다.U.S. Patent No. 7965436 discloses an apparatus for rotating a plane of polarization of light and a method of manufacturing the same. The disclosed apparatus has the following features.
비자성 유전체 도파관 및 이를 둘러싼 자성쉘로 구성되며;A nonmagnetic dielectric waveguide and a magnetic shell surrounding the nonmagnetic dielectric waveguide;
비자성 도파관은 리소그래피 방법을 통해 미세 천공하여 얻어지는 실리콘 광결정이며;The non-magnetic waveguide is a silicon photonic crystal obtained by micro-perforation through a lithography method;
광결정의 두께는 50 내지 400 나노미터의 범위내에 있으며, 천공은 도파관의 축을 따라 형성되며, 200 내지 800 나노미터의 주기를 갖는 주기적 구조를 가지며, 각 구멍은 50 내지 100 나노미터의 직경을 가지며;The thickness of the photonic crystal is in the range of 50 to 400 nanometers, the perforations are formed along the axis of the waveguide, have a periodic structure with a period of 200 to 800 nanometers, each hole has a diameter of 50 to 100 nanometers;
2 마이크로미터 길이의 장치는 도파관상에 전송되는 파의 편광면의 원형 회전을 45도로 수행한다.A 2 micrometer long device performs a circular rotation of the polarization plane of the wave transmitted on the waveguide at 45 degrees.
상기의 개시된 방법은 광결정 구조를 이용하여 자기광 커 효과의 증폭 방법의 프로토타입으로 이해될 수 있다. 그러나, 상기의 개시된 발명은 반사에서의 광과 매질의 상호작용을 증폭시키는데 적용될 수 없다.The disclosed method can be understood as a prototype of a method of amplifying a magnetic-bright effect using a photonic crystal structure. However, the disclosed invention can not be applied to amplify the interaction of light with the medium in reflection.
본 발명은 광과 매질이 반사에서 상호작용하는 효율을 증폭시키는 방법, 특히 자성 물질의 표면에서의 반사에서 자기광 커 효과를 증폭시키는 방법의 개발에서 발생되는 기술적 물제를 해결하고자 한다.The present invention seeks to solve technical problems arising from the development of methods for amplifying the efficiency of light and medium interaction in reflection, in particular for amplifying the magneto-optical effect in the reflection at the surface of magnetic material.
본 발명의 일 측면에 따르는 자기광 커 효과의 증폭 방법은 결정 자석의 주기적으로 구조화된 표면을 갖는 자성 광결정을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 결정 자석의 표면의 주기적 구조화를 통해 자기광 커 효과를 증폭한다. According to one aspect of the present invention, there is provided a method of amplifying a magnetic photo-effect comprising the steps of fabricating a magnetic photonic crystal having a periodically structured surface of a crystal magnet, Amplify.
본 발명의 다른 측면에 따르는 증폭 방법은 자성 역 광결정을 형성함에 의해 달성될 수 있다. 이러한 자성 역 광결정은 합성 콜로이드 액정의 세공들에 금속을 전착하고 후속하여 합성 콜로이드 액정 모체를 제거함으로써 250 내지 1900 나노미터 크기의 일 주기 구조를 갖도록 서브마이크로미터 레벨에서 결정 자석의 표면을 구조화하여 얻을 수 있다. 이때, 자성 역 광결정은 0.1 내지 60 마이크로미터의 두께를 갖는 막일 수 있다. 또한, 자성 역 광결정은 Ni, Co, Fe 또는 이들 금속을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다.An amplification method according to another aspect of the present invention can be achieved by forming a magnetic inverse photonic crystal. These magnetic inverse photonic crystals are obtained by structuring the surface of the crystal magnet at the submicrometer level so as to have a periodic structure of 250 to 1900 nanometers in size by transferring the metal to the pores of the synthetic colloidal liquid crystal and subsequently removing the synthetic colloidal liquid crystal matrix . At this time, the magnetic inverse photonic crystal may be a film having a thickness of 0.1 to 60 micrometers. In addition, the magnetic inverse photonic crystal may be formed of Ni, Co, Fe or an alloy containing these metals.
본 발명의 또 다른 측면에 의한 증폭 방법은 자성 광결정의 표면 모폴로지가 콜로이드 결정의 한 층 내에서 <111>면에서의 마이크로 구체들의 면심입방조밀쌓임의 컷 레벨에 의해 결정되도록 한다.The amplification method according to another aspect of the present invention allows the surface morphology of the magnetic photonic crystal to be determined by the face-centered cubic dense cut level of the microspheres in the <111> plane in one layer of the colloidal crystal.
본 발명의 일 측면에 따르는 증폭 방법은 합성 오팔의 세공들(즉, 콜로이드 결정의 빈 구멍들)에 금속을 채우는 범위가 95%이상인 방법을 제공한다.An amplification method according to one aspect of the present invention provides a method wherein the range of filling the metal with the pores of the synthetic opal (i.e., the pores of the colloidal crystal) is 95% or more.
본 발명의 또 다른 측면에 의한 증폭 방법은 한 층 내의 자성 광결정의 외곽층의 컷 레벨의 이종성(heterogeneity)이 한 층 내의 1평방 센티미터의 면적에서 구조 주기의 10%를 넘지 않도록 한다.In the amplification method according to another aspect of the present invention, the heterogeneity of the cut level of the outer layer of the magnetic photonic crystal in one layer does not exceed 10% of the structure period in the area of 1 square centimeter in one layer.
본 발명의 또 다른 측면에 의한 증폭 방법은 역 광결정 구조의 커 레벨을 금속 증착 과정중 반사 분광학적 수단에 의해 제어할 수 있다.The amplification method according to another aspect of the present invention can control the dark level of the inverted photonic crystal structure by the reflection spectroscopic means during the metal deposition process.
본 발명의 또 다른 측면에 의한 증폭 방법은 300-2000 나노미터의 범위 내에서 자성 역 광결정의 스펙트럼의 반사 최대치의 위치가 자성 광결정의 외곽층 표면 모폴로지에 의해 정의되며 콜로이드 결정의 <111>층 내의 마이크로 구체들의 면심입방조밀쌓임의 컷 레벨이 커짐에 따라 선형적으로 증가된다.The amplification method according to another aspect of the present invention is characterized in that the position of the maximum reflection value of the spectrum of the magnetic inverse photonic crystal is defined by the outer surface layer morphology of the magnetic photonic crystal within the range of 300 to 2000 nanometers, The face centered density of the microspheres increases linearly as the cut level is increased.
본 발명의 또 다른 측면에 의한 증폭 방법은 외부 자기장의 영향하에서 편광면의 향상된 회전을 갖는 충분한 반사 광학을 만들 수 있게 한다. 이 방법은 자성의 주기적 구조화 표면을 만드는 것, 가령, 분광학적 제어로 전기화학적 증착 방법으로 자성 재료로 콜로이드 결정의 구멍들을 채우는 템플레이트 방법으로 자기 역 광결정을 형성하는 것을 포함한다. An amplification method according to another aspect of the present invention makes it possible to create sufficient reflection optics with improved rotation of the polarization plane under the influence of an external magnetic field. The method includes forming a periodic structured surface of the magnetism, for example, forming a magnetoresistive crystal by a template method of filling the holes of a colloidal crystal with a magnetic material by an electrochemical deposition method with spectroscopic control.
본 발명의 또 다른 측면에 의한 방법에 의해 형성되는 자성 광결정은 반주기의 구조와 같은 커 레벨을 가지며, 이에 따라 5배 이상의 횡 자기광 커 효과의 증폭을 제공할 수 있다.The magnetic photonic crystal formed by the method according to another aspect of the present invention has the same level as that of the half period structure, and thus can provide amplification of the transverse magnetic effect of 5 times or more.
본 발명의 또 다른 측면에 의해 얻어지는 자성 역 광결정은 자성 역 광결정을 갖는 결정 자석이며, 상기 결정 자석의 표면의 주기적 구조화를 통해 자기광 커 효과가 증폭된다.The magnetic inverse photonic crystal obtained by the other aspect of the present invention is a crystal magnet having a magnetic inverse photonic crystal, and the magnetic bright effect is amplified through the periodic structuring of the surface of the crystal magnet.
본 발명의 또 다른 측면에 의한 증폭 방법은, 콜로이드 결정을 형성하는 단계; 상기 콜로이드 결정의 세공들에 금속을 전착하는 단계; 및 상기 콜로이드 결정을 제거하여 역 콜로이드 결정 구조를 갖는 결정 자석을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 결정 자석의 표면의 주기적 구조화를 통해 자기광 커 효과를 증폭시킨다.According to another aspect of the present invention, there is provided an amplification method comprising: forming a colloidal crystal; Depositing a metal on the pores of the colloidal crystal; And removing the colloidal crystals to form a crystalline magnet having an inverse colloidal crystal structure, wherein the periodic structuring of the crystal magnet amplifies the magneto-optical effect.
개시된 실시예들에 의한 광결정 구조를 이용한 자기광 커 효과의 증폭 방법을 이용하면, 자기광 커 효과가 5배 이상 증폭된 자기-광학 물질이 얻어질 수 있으며, 이를 이용한 실용적인 광결정 디바이스를 제공할 수 있다.By using the amplifying method using the photonic crystal structure using the photonic crystal structure according to the disclosed embodiments, a magneto-optical material having a magneto-optical effect amplified by 5 times or more can be obtained, and a practical photonic crystal device using the same can be provided have.
도 1은 국소화 및 비국소화된 표면 플라즈몬의 여기가 발생되는 자성 역오팔의 구조화된 표면에 대한 자기광 커 효과의 발생을 도식적으로 보여준다.
도 2a 및 도 2b는 합성 콜로이드 결정의 세공들(pores)에 니켈을 전착하는 동안의 반사 스펙트럼 및 니켈 역오팔막의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy; SEM) 이미지들을 도시한다.
도 3은 서로 다른 두께의 광결정막과 니켈로 이루어진 비구조화된 막에 대한 반사 스펙트럼 및 횡 자기광 커 효과(Transverse Magneto-Optical Kerr Effect; TMOKE) 스펙트럼을 보여준다.
도 4는 는 입사각 θ = 50°, 방위각 Ψ = 0° 및 Ψ = 30°에서의 니켈 역오팔막의 반사 스펙트럼 및 TMOKE 스펙트럼이다.
도 5a 및 도 5b는 입사각 θ = 45°, 방위각 Ψ = 0° 내지 Ψ = 30°(5° 간격)에 대하여, 컷 레벨 t = 0.6를 갖는 니켈 역오팔 박막의 반사 스펙트럼 및 TMOKE 스펙트럼을 각각 도시한다.Figure 1 graphically illustrates the occurrence of the magneto-optical effect on the structured surface of a magnetic inverse opal where excitation of localized and non-localized surface plasmons occurs.
FIGS. 2A and 2B show reflection spectra and electrochemical microscopy (SEM) images of nickel reverse opal membranes during the electrodeposition of nickel onto the pores of synthetic colloidal crystals.
FIG. 3 shows a reflection spectrum and a transverse magneto-optical Kerr effect (TMOKE) spectrum for an unstructured film made of a photonic crystal film and nickel having different thicknesses.
4 is a reflection spectrum and a TMOKE spectrum of an inverse opal membrane of nickel at an incident angle [theta] = 50 [deg.], An azimuth angle [psi] = 0, and [
5A and 5B show reflection spectra and TMOKE spectra of a nickel opal thin film having a cut level t = 0.6 for an incident angle θ = 45 ° and an azimuth angle ψ = 0 ° to ψ = 30 ° do.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size and thickness of each element may be exaggerated for clarity of explanation.
본 발명의 일 실시예에 따르는 광결정 구조를 이용한 자기광 커 효과의 증폭 방법은 하기와 같은 광결정을 제조하는 과정 중에 수행될 수 있다.The method of amplifying the magnetic field effect using the photonic crystal structure according to an embodiment of the present invention can be performed during the process of manufacturing the photonic crystal as described below.
먼저 콜로이드 결정을 합성한다. 합성 콜로이드 결정은 200 나노미터의 두께를 갖는 금 용사층(sprayed layer)를 실리콘 기판상에 (200 내지 1900 나노미터의 직경, 10% 보다 크지 않은 크기의 분포를 갖는) 폴리스티렌 마이크로 구체(polystyrene microspheres)나 이산화실리콘마이크로 구체(silicon dioxide microspheres)를 전위가 인가된 상태에서 수직 증착하는 방법에 의해 합성될 수 있다. First, a colloidal crystal is synthesized. The synthetic colloidal crystals are prepared by dispersing a sprayed layer having a thickness of 200 nanometers on polystyrene microspheres (having a diameter of 200 to 1900 nanometers, a distribution not greater than 10% in size) on a silicon substrate, Or silicon dioxide microspheres with a potential applied thereto by vertical deposition.
자성 역오팔(magnetic inverted opals)의 샘플막들은 합성 콜로이드 결정의 세공들에 금속을 전착하는 방법으로 형성될 수 있다. 전착(electrodeposition)은 상온에서 대응되는 디바이스가 담겨진 중성 전해액에 있는 정전위 모드((potentiostational mode)의 3개 전극셀에서 실행될 수 있다. 폴리스티렌 콜로이드 결정의 빈 구멍들을 전기화학적으로 증착하는 경우에 (30%에 달하는) 에탄올이 폴리스티렌의 마이크로 구체의 젖음을 향상시키기 위하여 전해액에 추가된다. 루긴 모세관(Luggin capillary)으로 셀과 연결되는, 포화된 은-염소(Ag/AgCl) 전극은 기준전극(reference electrode)으로 사용된다. 자성 역 광결정의 성장은 층단위로 이루어지며, 성장의 전면(front)의 위치는 금속 증착 동안에 반사 분광학적 수단에 의해 제어된다. 이러한 목적을 위하여 전기화학적 증착이 수행될 때에 반사 스펙트럼을 촬영(shoot)하는 것이, 샘플로의 입사각 0°에서 45°의 범위 내에서, 수행된다. Sample films of magnetic inverted opals can be formed by electrodepositing metals onto the pores of synthetic colloidal crystals. Electrodeposition can be carried out in three electrode cells of a potentiostational mode in a neutral electrolyte containing the corresponding device at room temperature. When electrochemically depositing pores of polystyrene colloid crystals (30 Ethanol is added to the electrolyte to improve the wetting of the microspheres of the polystyrene. A saturated silver-chlorine (Ag / AgCl) electrode, connected to the cell by a luggin capillary, The growth of the magnetic inverse photonic crystal is made on a layer basis and the position of the front of the growth is controlled by reflection spectroscopic means during metal deposition. For this purpose, when the electrochemical deposition is performed, Shooting of the spectrum is performed within a range of 0 to 45 degrees of incidence to the sample.
도 2a 및 도 2b는 합성 오팔의 세공들(pores)에 니켈을 전착하는 동안의 반사 스펙트럼 및 니켈 역오팔막의 SEM 이미지들을 도시한다. 구체적으로, 도 2a는 콜로이드 결정막의 빈 공간들에 금속을 전착하는 시간(deposition time) 동안의 니켈 역오팔의 반사 스펙트럼과, 니켈 역오팔막 성장의 각기 다른 단계에서의 SEM 이미지를 도시한다. 또한, 도 2b에서 굵은 선은 콜로이드 결정 템플릿의 빈 공간으로 금속을 전착하는 동안의 전형적인 과도 전류를 나타내며, 적색 선은 파장 530 nm에서의 과도 전류를 나타내며, 녹색 선은 파장 850 nm에서의 과도 전류를 나타낸다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 증착 동안에 변경되는 간섭패턴이 반사 스펙트럼에서 관찰되는데, 이러한 간섭패턴은 역 광결정의 한 층 내에서 <111>면에서의 면심입방밀집쌓임의 컷 레벨을 정의하는데 사용된다. 노광 영역상의 자기 역 광결정의 외곽층의 컷 레벨의 이종성은 간섭대역의 확장을 통해 검출된다.Figures 2a and 2b show SEM images of the inverse opal membrane and the reflection spectrum during the electrodeposition of nickel onto the pores of the synthetic opal. Specifically, FIG. 2A shows the reflection spectrum of the nickel inverse opal during the deposition time of metal deposition in the void spaces of the colloidal crystal film and the SEM image at different stages of the nickel inverse opal growth. 2B shows a typical transient current during the electrodeposition of metal into the void space of the colloidal crystal template. The red line represents the transient current at a wavelength of 530 nm and the green line represents the transient current at a wavelength of 850 nm . Referring to FIGS. 2A and 2B, an interference pattern that is changed during deposition is observed in the reflection spectrum, which is used to define the face-centered cubic dichotomous cut level in the <111> plane within one layer of the inverse photonic crystal do. The heterogeneity of the cut level of the outer layer of the self-inverted photonic crystal on the exposure region is detected through the extension of the interference band.
증착은 자기 역 광결정이 필요한 두께에 달하면 멈춰지며, 마이크로 구체들은 (폴리스티렌 콜로이드 결정의 경우) 헵탄(heptane)이나 톨루엔(toluene) 또는 (이산화 실리콘 콜로이드 결정의 경우) 알칼리 희석용액에 용해된다.The deposition stops when the magnetoresistive crystal reaches the required thickness and the microspheres dissolve in heptane or toluene or (in the case of silicon dioxide colloidal crystals) alkali dilution solution (in the case of polystyrene colloidal crystals).
금속 역오팔내의 광 투과깊이가 1-2층이므로, 이러한 구조에서의 광특성은 광투과성 물질로부터 만들어지는 역오팔의 특성과 기본적으로 다르다. Since the optical transmission depth in metal opal is one to two layers, the optical properties in this structure are fundamentally different from those of inverse opals made from light transmissive materials.
도 1은 국소화 및 비국소화된 표면 플라즈몬의 여기가 발생되는 자성 역오팔의 구조화된 표면에 대한 자기광 커 효과의 발생을 적도 기하(equatorial geometry)에서 도식적으로 보여준다. 도 1에서 적색으로 표시된 영역은 주기적 금속 구조의 표면에서 여기되는 표면 (브래그) 플라즈몬(10)을 나타내며, 청색으로 표시된 영역은 국소화된 (Mi) 플라즈몬(20)을 나타낸다. 표면 플라즈몬(10)의 폴라리톤은 금속 표면 근방에서 표피층 정도의 거리로 금속을 침투하는 전자 가스의 진동을 나타내며, Mi 플라즈몬(20)은 금속내의 구형 구멍내에서 여기한다. 여기서, 표면 또는 Mi 플라즈몬(10, 20)은 외측 표면의 모폴로지에 의존하여 가장 효과적으로 여기한다. 그러므로, 브래그 표면 플라즈몬(10)의 여기만이 컷 레벨 t = 0.1 (t=d/2R, 여기서 d는 세공의 깊이, R은 세공의 반경)의 니켈 역오팔의 표면에서 발생될 것이며, t = 0.9에서 주도적인 유형의 플라즈몬은 국소화된 Mi 플라즈몬(20)이며, t = 0.6에서는 표면 및 Mi 플라즈몬(10, 20) 둘 다 여기된다(도 3 및 도 4). 또한, 다양한 컷 레벨에 대하여, Mi 플라즈몬(20) 모드들의 에너지 위치의 변경은 특징적이나, 브래그 플라즈몬(10)들의 위치는 거의 불변한다(도 2a 및 도 2b).FIG. 1 schematically shows the occurrence of the magneto-optical effect on the structured surface of a magnetic inverse opal where excitation of localized and non-localized surface plasmons occurs in equatorial geometry. The area indicated in red in FIG. 1 represents the surface (Bragg)
자기광 커 효과의 최대 증폭은 브래그 플라즈몬의 여기에 상응하는 입사 노광의 파장에서 자기 역 광결정의 외곽층 컷 레벨 t = 0.5에서 관측된다. The maximum amplification of the magneto-optical effect is observed at the outer layer cut level t = 0.5 at the wavelength of the incident exposure corresponding to the excitation of Bragg plasmon.
도 5a 및 도 5b는 입사각 θ = 45°, 방위각 Ψ = 0°, …, 30°(5°간격)에 대하여, 컷 레벨 t = 0.6를 갖는 니켈 역오팔 박막의 반사 스펙트럼 및 TMOKE 스펙트럼을 각각 도시한다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 표면 및 Mi 플라즈몬 모드들의 분광학적 위치는 샘플로 입사되는 광의 입사각과 방위각에 의존하는데, 이들 각은 자기 역 광결정에 의한 자기광 효과의 증폭의 미세조정에 사용될 수 있음을 알 수 있다. 자성 광결정은 반주기의 구조에 상응하는 컷 레벨을 가진 경우, 횡 자기광 커 효과(Transverse Magneto-Optical Kerr Effect; TMOKE)가 5배 이상 증폭됨을 볼 수 있다.Figs. 5A and 5B are graphs showing the relationship between the incident angle [theta] = 45 [deg.], The azimuth angle [ , And the reflection spectrum and the TMOKE spectrum of the inverse opal thin film having the cut level t = 0.6, respectively, for 30 DEG (at 5 DEG intervals), respectively. Referring to Figures 5A and 5B, the spectral positions of the surface and Mi plasmonic modes depend on the angle of incidence and azimuth of the light incident on the sample, which can be used to fine-tune the amplification of the magneto- . It can be seen that the magnetic photonic crystal has a transverse magneto-optical Kerr effect (TMOKE) of 5 times or more when it has a cut level corresponding to the half period structure.
본 발명의 일 실시예에 따른 예는 니켈 역오팔을 사용하여 얻어진다.An example according to one embodiment of the present invention is obtained using nickel reverse opal.
니켈 역오팔 샘플막들은 합성 오팔의 작은 구멍들에 전착함으로써 얻어진다. 인공적인 오팔은 200 나노미터 두께의 금 용사층(sprayed layer)을 갖는 실리콘 기판(100)상에 전위가 인가된 상태에서 (직경 d=600 나노미터 및 10% 보다 크지 않은 크기의 분포를 갖는) 폴리스티렌 마이크로 구체를 수직 증착하는 방법에 의해 합성된다. 전착(electrodeposition)은 상온에서 이루어지며 -0.92볼트의 정전위 모드(potentiostational mode)에서 0.6M NiSO4 + 0.1M NiCl2 + 0.3M H3BO3 + 3.5M C2H5OH 로 이루어진 전해액에 있는 3개의 전극셀에서 이루어진다. 루긴 모세관(Luggin capillary)으로 셀과 연결되는, 포화된 은-염소(Ag/AgCl) 전극은 기준전극(reference electrode)으로 사용된다. 증착은 자기 역 광결정이 필요한 두께에 달하면 멈춰지며, 마이크로 구체들은 톨루엔에 용해된다.Nickel inverted opal sample membranes are obtained by electrodeposition into small holes in a synthetic opal. An artificial opal is a
자기광 커 효과의 측정은 적도 기하에서 즉, 진폭 B=1.5 킬로가우스(kilogauss)의 포화된 자기장에 의해 만들어지며 입사평면에 수직하고 샘플 평면에 놓여지는 자화벡터가 발생되는 자화된 매질에서 반사된 파의 세기와 위상의 변화를, 대략 2mm의 크기에서 동기 검출법에 의해 이루어진다. 횡 자기광 커 효과의 값은 자화 매질에서의 반사도의 상대적 변화, TKE = (Rm-R-m)/2R0 로 정의된다. 여기서 Rm, R-m은 자화의 반대 방향으로의 매질의 반사 계수이며, R0는 외부 자기장(잔여 자화, residual magnetization) 결핍의 조건들에서의 반사 계수이다.The measurement of the magneto-optical effect is made by a saturating magnetic field of equilibrium geometry, i.e. amplitude B = 1.5 kilo Gauss, and is reflected in a magnetized medium in which a magnetization vector perpendicular to the incident plane and lying in the sample plane is generated The change in the intensity and phase of the wave is achieved by a synchronous detection method at a magnitude of approximately 2 mm. Transverse value of the magneto-optical Kerr effect is defined as the relative change of the reflectance, TKE = (R m -R -m ) /
도 3은 서로 다른 두께의 광결정막과 니켈로 이루어진 비구조화된 막에 대한 반사 광 스펙트럼 및 횡 커 효과의 스펙트럼을 보여준다. 도 3의 좌측 상단 이미지는 컷 레벨 t=0.1에서의 니켈 역오팔막의 SEM 이미지이며, 좌측 중단 이미지는 컷 레벨 t=0.6에서의 니켈 역오팔막의 SEM 이미지이며, 좌측 하단 이미지는 컷 레벨 t=0.9에서의 니켈 역오팔막의 SEM 이미지이다. 한편, 도 3의 우측 상단 그래프는 컷 레벨 t=0.1에서의 니켈 역오팔막의 반사 스펙트럼 및 TMOKE 스펙트럼이며, 우측 중단 그래프는 컷 레벨 t=0.6에서의 니켈 역오팔막의 반사 스펙트럼 및 TMOKE 스펙트럼이며, 우측 하단 그래프는 컷 레벨 t=0.9에서의 니켈 역오팔막의 반사 스펙트럼 및 TMOKE 스펙트럼이다. 이때, 입사각은 θ = 60°이고, 방위각은 ψ = 0°이다. 도 3의 우측 그래프들에서 체인선은 니켈 역오팔막의 TMOKE 스펙트럼, 즉 적도상의 자기광 커 효과(equatorial magnetooptical Kerr effect)의 분광학적 종속 관계를 나타내며, 실선은 니켈 역오팔막의 반사 스펙트럼을 나타낸다. 도 3의 우측 그래프들에서 비구조화된 니켈막의 TMOKE 스펙트럼이 비교를 위해 검은 일점쇄선으로 주어진다. FIG. 3 shows the spectra of the reflected light spectrum and the transverse effect for a non-structured film made of a photonic crystal film and nickel of different thicknesses. 3 is an SEM image of a nickel inverse opal membrane at a cut level t = 0.1, the left interim image is an SEM image of a nickel inverse opal membrane at a cut level t = 0.6, and a lower left image is a cut level t = 0.9 SEM image of the nickel opal membrane at. 3 is the reflection spectrum and the TMOKE spectrum of the nickel reverse opal membrane at the cut level t = 0.1, and the right interrupted graph is the reflection spectrum and the TMOKE spectrum of the nickel reverse opal membrane at the cut level t = 0.6, The bottom graph is the reflection spectrum and TMOKE spectrum of the inverse opal membrane of nickel at cut level t = 0.9. At this time, the incident angle is 60 DEG and the azimuth angle is 0 DEG. In the graphs on the right side of FIG. 3, the chain line represents the TMOKE spectrum of the nickel reverse opal membrane, that is, the spectral dependence of the equatorial magnetooptical Kerr effect on the equator, and the solid line represents the reflection spectrum of the nickel reverse opal membrane. 3, the TMOKE spectrum of the unstructured nickel film is given as a black dashed line for comparison.
도 3을 참조하면, 반사 스펙트럼은 다양한 컷 레벨에 대한 브래그 및 Mi 플라즈몬 모드의 에너지 위치의 변경과 과련된 전착공정 동안의 주요한 변화를 격는다. 또한, 도 3을 참조하면, 오직 브래그 표면 플라즈몬이 정규화된 두께 t = 0.1 (t=d/2R , 여기서 d는 구멍의 깊이, R은 구멍의 반경)의 니켈 역오팔의 표면상에서 발생되며, t = 0.9에서 주도적인 유형의 플라즈몬은 국소화된 Mi 플라즈몬이며, t = 0.6에서는 표면 및 Mi 플라즈몬 둘 다 여기된다는 점을 알 수 있다. 도 3으로부터 명백하게, 커 효과의 증폭은 혼합된 플라즈몬의 여기와 관련되어 광결정에서 관찰된다. 국소화된 플라즈몬의 여기는 횡 자기광 커 효과의 값들에 중요한 변화를 이끌어내지 못한다. Referring to FIG. 3, the reflection spectrum has a major change during the electrodeposition process, which is associated with a change in the energy position of the Bragg and Mi plasmon modes for various cut levels. Also, Referring to Figure 3, only be generated on the surface of the nickel inverse opal Bragg the surface plasmon is normalized thickness t = 0.1 (t = d / 2R, where d is the depth of the hole, R is the radius of the hole), t = 0.9, the dominant type of plasmon is a localized Mi plasmon, and at t = 0.6 it can be seen that both the surface and Mi plasmons are excited. 3, the amplification of the Kerr effect is observed in the photonic crystal in relation to the excitation of the mixed plasmon. Excitation of the localized plasmons does not lead to significant changes in the values of the lateral magnetic field effect.
도 4는 는 입사각 θ = 50°, 방위각 Ψ = 0° 및 Ψ = 30°의 각도에서 니켈 역오팔막의 반사 스펙트럼 및 TMOKE 스펙트럼을 보여준다. TMOKE 스펙트럼은 적도상의 자기광 커 효과의 분광학적 종속 상태로 이해될 수 있다. TMOKE 값의 널 레벨(null level)은 파선으로 표시된다. 화살표는 ψ= 0° 및 ψ= 30°에 대한 비국소화된 플라즈몬의 여기에 대한 조건을 설명한다. 방위각 Ψ = 0° 및 Ψ = 30°에서의 비국소화된 플라즈몬 여기의 조건은 화살표로 표시된다. 스펙트럼은 비구조화된 니켈과 대비하여 볼 때 우드 비정상(Wood's anomaly)의 필드에서 커 효과의 증대를 보여준다. Figure 4 shows the reflection spectra and TMOKE spectra of the nickel inverse opal at angles of incidence θ = 50 °, azimuths Ψ = 0 ° and ψ = 30 °. The TMOKE spectrum can be understood as the spectroscopic dependence of the magneto-optical effect on the equator. The null level of the TMOKE value is indicated by a dashed line. The arrows illustrate the conditions for excitation of non-localized plasmons for? = 0 ° and? = 30 °. The conditions of the non-localized plasmon excitation at the azimuth angle? = 0 ° and? = 30 ° are indicated by arrows. The spectrum shows an increase in the Kerr effect in the field of Wood's anomaly when compared to unstructured nickel.
그러므로, 제안된 방법은 자기광 물질을 이용하여 5배 이상의 자오선상의 자기광 커 효과의 증폭을 수행할 수 있게 한다. Therefore, the proposed method makes it possible to amplify the magneto-optical effect on the meridian more than 5 times by using the magnetic material.
전술한 실시예는 자성 역 광결정으로 니켈 역오팔막을 형성한 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 자성 역 광결정은 니켈뿐만 아니라, 코발트(Co), 철(Fe) 또는 이들 금속을 포함하는 합금으로 형성할 수도 있다.Although the above embodiments describe a case where a nickel inverse opal film is formed by a magnetic inverse photonic crystal, the magnetic inverse photonic crystal is formed not only of nickel but also of cobalt (Co), iron (Fe), or an alloy containing these metals It is possible.
본 발명은 자기광 커 효과를 예를 들어 5배 이상 효과적으로 증폭된 광결정 물질을 제시하고 있는바, 이러한 광결정 물질은 산업적으로 응용가능하며 실용적인 광전자 디바이스를 만드는데 사용될 수 있다.The present invention proposes a photonic crystal material effectively amplified five times or more, for example, the photonic crystal effect, and the photonic crystal material can be industrially applicable and can be used for producing a practical optoelectronic device.
전술한 본 발명인 광결정 구조를 이용한 자기광 커 효과의 증폭 방법, 자기광 커 효과가 증폭된 광결정, 및 광결정의 제조방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.Although the amplifying method of the magnetic optical effect using the photonic crystal structure of the present invention described above, the photonic crystal amplifying the magnetic optical effect and the manufacturing method of the photonic crystal have been described with reference to the embodiments shown in the drawings for the sake of understanding, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the appended claims.
10 : 표면 플라즈몬 20 : Mi 플라즈몬 10: surface plasmon 20: Mi plasmon
Claims (28)
상기 자성 광결정은 주기적으로 구조화된 표면의 반 주기와 같은 컷 레벨을 가지며,
상기 결정 자석은 자성 역 광결정이며,
상기 자성 광결정은 역 콜로이드 결정 구조를 가지며,
상기 자성 광결정의 표면 모폴로지는 상기 콜로이드 결정의 일 층 내의 <111> 면에서의 마이크로 구체들의 면심입방조밀쌓임의 컷 레벨에 의해 결정되며,
상기 콜로이드 결정의 일 층 내의 자성 광결정의 외곽층의 컷 레벨의 이종성은 1평방 센티미터에서 구조 주기의 10%를 넘지 않으며,
300 내지 2000 나노미터 범위 내에서 자성 광결정의 스펙트럼에서 반사 최대 위치는, 자성 광결정의 외곽층의 표면 모폴로지에 의하여 결정되고 상기 콜로이드 결정의 <111>층 내에서 마이크로 구체들의 면심입방조밀쌓임의 컷 레벨이 커짐에 따라 선형적으로 증가되며,
상기 결정 자석의 표면의 주기적 구조화를 통해 자기광 커 효과를 증폭하는 자기광 커 효과의 증폭 방법.Comprising the step of fabricating a magnetic photonic crystal having a periodically structured surface of a crystal magnet,
The magnetic photonic crystal has a cut level such as a half period of a periodically structured surface,
Wherein the crystal magnet is a magnetic inverse photonic crystal,
The magnetic photonic crystal has an inverse colloidal crystal structure,
The surface morphology of the magnetic photonic crystal is determined by the face centered cubic stacked cut level of the microspheres in the <111> plane in one layer of the colloidal crystal,
The heterogeneity of the cut level of the outer layer of the magnetic photonic crystal in one layer of the colloidal crystal does not exceed 10% of the structural period at 1 square centimeter,
The reflection maximum position in the spectrum of the magnetic photonic crystal within the range of 300 to 2000 nanometers is determined by the surface morphology of the outer layer of the magnetic photonic crystal and is determined by the cut-level cubic density of the microspheres in the <111> As shown in FIG.
And amplifying the magneto-optical effect through periodic structuring of the surface of the crystal magnet.
상기 역 콜로이드 결정 구조는 250 내지 1900 나노미터의 구조 주기를 갖는 자기광 커 효과의 증폭 방법.The method according to claim 1,
Wherein the reverse colloid crystal structure has a structural period of 250 to 1900 nanometers.
상기 자성 광결정을 제조하는 단계는,
합성 오팔의 세공들에 금속 전착을 하고 후속하여 상기 합성 오팔을 제거하는 템플레이트 방법으로 수행하여 역 광결정을 형성하는 자기광 커 효과의 증폭 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of fabricating the magnetic photonic crystal comprises:
A method of forming a reverse photonic crystal by performing a metal electrodeposition on pores of a synthetic opal and subsequently removing the synthetic opal to form an inverted photonic crystal.
상기 자성 광결정은 0.1 내지 60 마이크로미터의 두께를 갖는 막인 자기광 커 효과의 증폭 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the magnetic photonic crystal is a film having a thickness of 0.1 to 60 micrometers.
상기 역 광결정은 Ni, Co, Fe 또는 이들 금속을 포함하는 합금으로 형성하는 자기광 커 효과의 증폭 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the inverse photonic crystal is formed of Ni, Co, Fe, or an alloy containing these metals.
상기 합성 오팔의 세공들에 금속을 채우는 범위는 95%보다 큰 자기광 커 효과의 증폭 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the synthetic opal pores are filled with a metal in an amount greater than 95%.
상기 역 광결정의 구조는 금속 전착 동안에 반사 분광학 수단으로 제어하는 자기광 커 효과의 증폭 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the structure of the inverted photonic crystal is controlled by reflection spectroscopy means during metal electrodeposition.
상기 자성 광결정은 반 주기의 구조와 같은 컷 레벨을 가져 횡 자기광 커 효과의 5배 이상의 증폭을 이루는 자기광 커 효과의 증폭 방법.The method according to claim 1,
Wherein the magnetic photonic crystal has a cut level equal to that of the semi-periodic structure, thereby amplifying at least five times the magneto-optical effect.
상기 자성 역 광결정은 주기적으로 구조화된 표면의 반 주기와 같은 컷 레벨을 가지며,
상기 결정 자석은 역 콜로이드 결정 구조를 가지며,
상기 콜로이드 결정의 일 층 내의 <111>면에서 마이크로 구체들의 면심입방조밀쌓임의 컷 레벨에 의해 결정되는 표면 모폴로지를 가지며,
상기 콜로이드 결정의 일 층 내의 자성 광결정의 외곽층의 컷 레벨의 이종성은 1평방 센티미터에서 구조 주기의 10%를 넘지 않으며,
300 내지 2000 나노미터 범위 내에서 자성 광결정의 스펙트럼에서 반사 최대 위치는, 자성 광결정의 외곽층의 표면 모폴로지에 의하여 결정되고 상기 콜로이드 결정의 <111>층 내에서 마이크로 구체들의 면심입방조밀쌓임의 컷 레벨이 커짐에 따라 선형적으로 증가되며,
상기 결정 자석의 표면의 주기적 구조화를 통해 자기광 커 효과가 증폭된 자성 광결정.A crystalline magnet having a magnetic inverse photonic crystal,
Wherein the magnetic inverse photonic crystal has a cut level such as a half period of a periodically structured surface,
Wherein the crystal magnet has an inverse colloidal crystal structure,
And a surface morphology determined by a surface level of the microspheres in the <111> plane in one layer of the colloidal crystal,
The heterogeneity of the cut level of the outer layer of the magnetic photonic crystal in one layer of the colloidal crystal does not exceed 10% of the structural period at 1 square centimeter,
The reflection maximum position in the spectrum of the magnetic photonic crystal within the range of 300 to 2000 nanometers is determined by the surface morphology of the outer layer of the magnetic photonic crystal and is determined by the cut-level cubic density of the microspheres in the <111> As shown in FIG.
Wherein a magnetostatic effect is amplified through periodic structuring of the surface of the crystal magnet.
상기 역 콜로이드 결정 구조는 250 내지 1900 나노미터의 구조 주기를 갖는 자성 광결정.14. The method of claim 13,
Wherein the inverse colloid crystal structure has a structure period of 250 to 1900 nanometers.
0.1 내지 60 마이크로미터의 두께를 갖는 막인 자성 광결정.14. The method of claim 13,
A magnetic photonic crystal having a thickness of 0.1 to 60 micrometers.
상기 결정 자석의 구조 주기의 반 주기를 컷 레벨로 가져 횡 자기광 커 효과가 5배 이상으로 증폭된 자성 광결정. 14. The method of claim 13,
Wherein the half period of the structure period of the crystal magnet is set at a cut level, and the magneto-optical Kerr effect is amplified to 5 times or more.
상기 결정 자석은 Ni, Co, Fe 또는 이들 금속을 포함하는 합금으로 형성된 자성 광결정.The method according to any one of claims 13, 14, 16, and 19,
Wherein the crystal magnet is formed of Ni, Co, Fe, or an alloy containing these metals.
상기 콜로이드 결정의 세공들에 금속을 전착하는 단계; 및
상기 콜로이드 결정을 제거하여 역 콜로이드 결정 구조를 갖는 결정 자석을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 결정 자석은 자성 역 광결정이며, 상기 자성 역 광결정은 주기적으로 구조화된 표면의 반 주기와 같은 컷 레벨을 가지며,
상기 콜로이드 결정의 일 층 내의 <111>면에서 마이크로 구체들의 면심입방조밀쌓임의 컷 레벨에 의해 결정되는 표면 모폴로지를 가지며,
300 내지 2000 나노미터 범위 내에서 자성 광결정의 스펙트럼에서 반사 최대 위치는, 자성 광결정의 외곽층의 표면 모폴로지에 의하여 결정되고 상기 콜로이드 결정의 <111>층 내에서 마이크로 구체들의 면심입방조밀쌓임의 컷 레벨이 커짐에 따라 선형적으로 증가되며,
상기 결정 자석의 표면의 주기적 구조화를 통해 자기광 커 효과를 증폭시킨 자성 광결정을 제조하는 자성 광결정의 제조방법.Forming a colloidal crystal;
Depositing a metal on the pores of the colloidal crystal; And
And removing the colloidal crystals to form a crystal magnet having an inverse colloid crystal structure,
Wherein said crystalline magnet is a magnetically inverse photonic crystal, said magnetic inverse photonic crystal having a cut level equal to a half period of a periodically structured surface,
And a surface morphology determined by a surface level of the microspheres in the <111> plane in one layer of the colloidal crystal,
The reflection maximum position in the spectrum of the magnetic photonic crystal within the range of 300 to 2000 nanometers is determined by the surface morphology of the outer layer of the magnetic photonic crystal and is determined by the cut-level cubic density of the microspheres in the <111> As shown in FIG.
Wherein the magnetoresistive effect is amplified by periodically structuring the surface of the crystal magnet to produce a magnetic photonic crystal.
상기 역 콜로이드 결정은 250 내지 1900 나노미터의 구조 주기를 갖는 자성 광결정의 제조방법.22. The method of claim 21,
Wherein the inverse colloid crystal has a structure period of 250 to 1900 nanometers.
0.1 내지 60 마이크로미터의 두께를 갖는 막인 자성 광결정의 제조방법.23. The method of claim 22,
Wherein the film has a thickness of 0.1 to 60 micrometers.
상기 콜로이드 결정의 일 층 내의 자성 광결정의 외곽층의 컷 레벨의 이종성은 1평방 센티미터에서 구조 주기의 10%를 넘지 않는 자성 광결정의 제조방법.23. The method of claim 22,
Wherein the heterogeneity of the cut level of the outer layer of the magnetic photonic crystal in one layer of the colloidal crystal does not exceed 10% of the structural period at 1 square centimeter.
상기 결정 자석의 구조 주기의 반 주기를 컷 레벨로 가져 횡 자기광 커 효과가 5배 이상으로 증폭된 자성 광결정의 제조방법.23. The method of claim 22,
Wherein the half period of the structure period of the crystal magnet is set at a cut level so that the lateral magnetic field effect is amplified to 5 times or more.
상기 결정 자석은 Ni, Co, Fe 또는 이들 금속을 포함하는 합금으로 형성된 자성 광결정의 제조방법.29. The method according to any one of claims 21, 22, 24, 25, and 27,
Wherein the crystal magnet is formed of Ni, Co, Fe, or an alloy containing these metals.
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