Toyohashi University of Technology-onderzoekers in samenwerking met het Massachusetts Institute of Technology (MIT), hebben een nieuw materiaal ontwikkeld dat een hoge doorlaatbaarheid kan behouden na thermische behandeling bij 850 ° C en hebben het materiaal met succes toegepast op optische apparaten. De onderzoekers lamineerden afwisselend een film van dit materiaal met een hoge brekingsindex en een film van een materiaal met een lage brekingsindex om een ​​diëlektrische spiegel te vormen en gebruikten de spiegel vervolgens voor de productie van magneto-optische apparaten. die thermische behandeling bij hoge temperaturen vereist.

Recent onderzoek heeft aangetoond dat het combineren van bekende, superieure materialen kunnen nieuwe materialen opleveren die sterk verbeterde prestaties hebben in vergelijking met conventionele materialen. Echter, het combineren van verschillende materialen blijkt vaak een uitdaging; een materiaal met goede eigenschappen wanneer het alleen wordt gebruikt, kan nieuwe problemen veroorzaken in combinatie met een ander materiaal. Warmtegerelateerde problemen behoren tot de gemakkelijkst te begrijpen problemen. Bijvoorbeeld, wanneer een materiaal dat bij een bepaalde temperatuur een thermische behandeling vereist, wordt gecombineerd met een ander materiaal dat bij die temperatuur afbreekt, de prestatie van het resulterende product is verslechterd, zo'n combinatie zinloos maken.

In dit onderzoek, de onderzoeksgroep van Toyohashi University of Technology in samenwerking met het Massachusetts Institute of Technology (MIT) lamineerde afwisselend een materiaal met een hoge brekingsindex en een materiaal met een lage brekingsindex om een ​​diëlektrische spiegel te vormen en combineerde dit met transparant magnetisch granaat. De magnetische granaat vereist een thermische behandeling bij ongeveer 750 ° C tijdens de vorming, en daarom moet de diëlektrische spiegel deze temperatuur kunnen weerstaan. Het is algemeen bekend dat tantaaloxide ³ , dat veel wordt gebruikt als materiaal met een hoge brekingsindex in diëlektrische spiegels, kristalliseert en verliest veel van zijn doorlaatbaarheid bij ongeveer 700°C.

Deze studie maakt gebruik van amorf tantaal yttriumoxide, dat is onderzocht voor gebruik als isolatiemateriaal, als materiaal met een hoge brekingsindex. Amorf tantaalyttriumoxide wordt gevormd door een sporenhoeveelheid yttriumoxide toe te voegen aan tantaaloxide, en behoudt de doorlaatbaarheid na thermische behandeling bij 850°C, waardoor het geschikt is voor combinatie met magnetische granaat. Met deze ontdekking, de onderzoeksgroep overwon het probleem van prestatievermindering veroorzaakt door thermische behandeling, en slaagde erin de prestaties van een geïntegreerd apparaat bestaande uit een diëlektrische spiegel en magnetische granaat met ongeveer tien keer te verbeteren.

"We gebruikten amorf tantaal-yttriumoxide om een ​​diëlektrische spiegel te vormen en combineerden het met magnetische granaat. Eigenlijk, anders dan magnetische granaat, er zijn meer materialen die niet zijn gecombineerd met diëlektrische spiegels vanwege de vereiste thermische behandeling bij hoge temperaturen. Ik hoop dat onze bevindingen zullen helpen om dergelijke materialen ook bruikbaar te maken, " zegt assistent-professor Taichi Goto.

Het amorfe tantaalyttriumoxide bevat tantaaloxide als hoofdbestanddeel en ongeveer 14 procent yttriumoxide. De aanwezigheid van yttriumoxidemoleculen tussen tantaaloxidemoleculen voorkomt kristallisatie, resulterend in een verhoging van de kristallisatietemperatuur tot ongeveer 850°C of hoger. Tantaaloxide verliest zijn doorlaatbaarheid bij kristallisatie, maar in het onderzoek werd de kristallisatietemperatuur verhoogd en zo werd het verlies aan doorlaatbaarheid van tantaaloxide met succes voorkomen. De studie levert een nieuw materiaal op dat in staat is om optische apparaten betere prestaties te geven.

"Magnetische granaat heeft een breed scala aan toepassingen, zoals ultrasnelle displays, spin golf apparaten, en lasers. De prestaties van deze apparaten kunnen aanzienlijk worden verbeterd door magnetische granaat te combineren met diëlektrische spiegels die ons materiaal met een hoge brekingsindex bevatten, " zegt Takuya Yoshimoto, een doctoraat student verantwoordelijk voor monstervoorbereiding voor het onderzoek.

Het nieuwe materiaal amorf tantaal yttrium oxide is produceerbaar en stabiel bij kamertemperatuur, en is veelbelovend voor toekomstige toepassing op spingolfapparaten, compacte laserapparaten met magnetische granaat, enzovoort.