Materiale med højt brydningsindeks bevarer høj transmissivitet efter udglødning ved 850 grader C

Toyohashi University of Technology-forskere i samarbejde med Massachusetts Institute of Technology (MIT), har udviklet et nyt materiale, der er i stand til at bibeholde høj transmissivitet efter termisk behandling ved 850°C og har med succes anvendt materialet på optiske enheder. Forskerne laminerede skiftevis film af dette materiale med højt brydningsindeks og film af et materiale med lavt brydningsindeks for at danne et dielektrisk spejl og brugte derefter spejlet til produktion af magneto-optiske anordninger, som kræver termisk behandling ved høje temperaturer.

Nyere forskning har vist, at en kombination af velkendte, overlegne materialer kan give nye materialer, der har en stærkt forbedret ydeevne sammenlignet med konventionelle materialer. Imidlertid, at kombinere forskellige materialer viser sig ofte at være en udfordring; et materiale med gode egenskaber, når det bruges alene, kan give nye problemer, når det kombineres med et andet materiale. Varmerelaterede problemer er blandt de nemmeste af disse problemer at forstå. For eksempel, når et materiale, der kræver termisk behandling ved en bestemt temperatur, kombineres med et andet materiale, der nedbrydes ved den temperatur, det resulterende produkts ydeevne forringes, gør sådan en kombination meningsløs.

I dette studie, forskergruppen fra Toyohashi University of Technology i samarbejde med Massachusetts Institute of Technology (MIT) laminerede skiftevis et materiale med højt brydningsindeks og et materiale med lavt brydningsindeks for at danne et dielektrisk spejl og kombinerede det med gennemsigtig magnetisk granat. Den magnetiske granat kræver termisk behandling ved omkring 750°C under dannelse, og derfor skal det dielektriske spejl modstå denne temperatur. Det er velkendt, at tantaloxid ³ , som er meget udbredt som et materiale med højt brydningsindeks i dielektriske spejle, krystalliserer og mister meget af sin transmissivitet ved ca. 700°C.

Denne undersøgelse bruger amorft tantal yttriumoxid, som er blevet undersøgt til brug som isoleringsmateriale, som et materiale med højt brydningsindeks. Amorft tantal yttriumoxid dannes ved at tilsætte en spormængde af yttriumoxid til tantaloxid, og bevarer transmissiviteten efter termisk behandling ved 850°C, hvilket gør den velegnet til kombination med magnetisk granat. Med denne opdagelse, forskergruppen overvandt problemet med ydeevneforringelse forårsaget af termisk behandling, og det lykkedes at forbedre ydeevnen af ​​en integreret enhed bestående af et dielektrisk spejl og magnetisk granat med omkring ti gange.

"Vi brugte amorft tantal yttriumoxid til at danne et dielektrisk spejl og kombinerede det med magnetisk granat. Faktisk, andet end magnetisk granat, der er flere materialer, der ikke er blevet kombineret med dielektriske spejle på grund af den høje temperatur termiske behandling, der er påkrævet. Jeg håber, at vores resultater også vil hjælpe med at gøre sådanne materialer anvendelige, " siger adjunkt Taichi Goto.

Det amorfe tantal-yttriumoxid indeholder tantaloxid som hovedbestanddel og omkring 14 procent yttriumoxid. Tilstedeværelsen af ​​yttriumoxidmolekyler mellem tantaloxidmolekyler forhindrer krystallisation, hvilket resulterer i en stigning i krystallisationstemperaturen til ca. 850°C eller højere. Tantaloxid mister sin transmissivitet, når det krystalliseres, men i undersøgelsen blev krystallisationstemperaturen øget, og dermed blev tabet af transmissivitet af tantaloxid med succes forhindret. Undersøgelsen giver et nyt materiale, der er i stand til at give forbedret ydeevne til optiske enheder.

"Magnetisk granat har en bred vifte af anvendelser, såsom ultrahurtige skærme, spin wave enheder, og lasere. Ydeevnen af ​​disse enheder kan forbedres betydeligt ved at kombinere magnetisk granat med dielektriske spejle, der indeholder vores materiale med højt brydningsindeks, " siger Takuya Yoshimoto, en ph.d. studerende med ansvar for prøveforberedelse til undersøgelsen.

Det nye materiale amorft tantal yttriumoxid er producerbart og stabilt ved stuetemperatur, og lover for fremtidig anvendelse til spin wave-enheder, kompakte laserenheder indeholdende magnetisk granat, og så videre.