Ny metode til at skabe transparente magnetiske materialer ved hjælp af laseropvarmning

I et betydeligt fremskridt inden for optisk teknologi har forskere fra Tohoku University og Toyohashi University of Technology udviklet en ny metode til at skabe gennemsigtige magnetiske materialer ved hjælp af laseropvarmning. Dette gennembrud, for nylig offentliggjort i tidsskriftet Optical Materials , præsenterer en ny tilgang til at integrere magneto-optiske materialer med optiske enheder, en langvarig udfordring på området.

"Nøglen til denne præstation ligger i at skabe Cerium-substitueret Yttrium Iron Granat (Ce:YIG), et gennemsigtigt magnetisk materiale, der anvender en specialiseret laseropvarmningsteknik," siger Taichi Goto, lektor ved Tohoku University's Electrical Communication Research Institute (RIEC) og medforfatter til undersøgelsen. "Denne metode løser hovedudfordringen med at integrere magneto-optiske materialer med optiske kredsløb uden at beskadige dem - et problem, der har hindret fremskridt inden for miniaturisering af optiske kommunikationsenheder."

Magneto-optiske isolatorer er afgørende for at sikre stabil optisk kommunikation. De fungerer som trafikledere for lyssignaler, så de kan bevæge sig i den ene retning, men ikke den anden. At integrere disse isolatorer i siliciumbaserede fotoniske kredsløb er udfordrende på grund af de høje temperaturprocesser, der typisk er involveret.

Som et resultat af denne gåde fokuserede Goto og hans kolleger deres opmærksomhed på laserudglødning - en teknik, der selektivt opvarmer specifikke områder af et materiale med laser. Dette giver mulighed for præcis kontrol og påvirker kun de målrettede områder uden at påvirke de omkringliggende områder.

Tidligere undersøgelser havde brugt dette til selektivt at opvarme bismuth-substituerede yttriumjerngranatfilm (Bi:YIG) aflejret på et dielektrisk spejl. Dette gør det muligt for Bi:YIG at krystallisere uden at påvirke det dielektriske spejl.

Men når man arbejder med Ce:YIG, et ideelt materiale til optiske enheder på grund af dets magnetiske og optiske egenskaber, opstår der problemer, fordi eksponering for luften resulterer i uønskede kemiske reaktioner.

For at undgå dette konstruerede forskerne en ny enhed, der opvarmer materialer i et vakuum, det vil sige uden luft, ved hjælp af en laser. Dette muliggjorde præcis opvarmning af små områder (ca. 60 mikrometer) uden at ændre det omgivende materiale.

"Det gennemsigtige magnetiske materiale, der er skabt gennem denne metode, forventes at forbedre udviklingen af ​​kompakte magneto-optiske isolatorer væsentligt, hvilket er afgørende for stabil optisk kommunikation," siger Goto. "Derudover åbner det muligheder for at skabe kraftfulde miniaturiserede lasere, højopløsningsskærme og små optiske enheder."

Flere oplysninger: Hibiki Miyashita et al., Vakuumlaserudglødning af magnetoptiske ceriumsubstituerede yttriumjerngranatfilm, Optiske materialer (2023). DOI:10.1016/j.optmat.2023.114530

Leveret af Tohoku University