doctorat l'étudiant Takuya Yoshimoto tenant un film d'oxyde de tantale et d'yttrium amorphe. Crédit :Université de technologie de Toyohashi
Chercheurs de l'Université de technologie de Toyohashi en collaboration avec le Massachusetts Institute of Technology (MIT), ont développé un nouveau matériau capable de conserver une transmissivité élevée après un traitement thermique à 850°C et ont appliqué avec succès le matériau aux dispositifs optiques. Les chercheurs ont alternativement stratifié un film de ce matériau à indice de réfraction élevé et un film d'un matériau à faible indice de réfraction pour former un miroir diélectrique, puis ont utilisé le miroir pour la production de dispositifs magnéto-optiques, qui nécessite un traitement thermique à haute température.
Des recherches récentes ont montré que la combinaison de produits bien connus, des matériaux de qualité supérieure peuvent produire de nouveaux matériaux dont les performances sont considérablement améliorées par rapport aux matériaux conventionnels. Cependant, combiner différents matériaux s'avère souvent être un défi; un matériau avec de bonnes propriétés lorsqu'il est utilisé seul peut causer de nouveaux problèmes lorsqu'il est combiné avec un autre matériau. Les problèmes liés à la chaleur sont parmi les plus faciles à comprendre. Par exemple, lorsqu'un matériau qui nécessite un traitement thermique à une certaine température est associé à un autre matériau qui se dégrade à cette température, les performances du produit résultant sont dégradées, rendant une telle combinaison inutile.
Dans cette étude, le groupe de recherche de l'Université de technologie de Toyohashi en collaboration avec le Massachusetts Institute of Technology (MIT) a stratifié alternativement un matériau à indice de réfraction élevé et un matériau à faible indice de réfraction pour former un miroir diélectrique et l'a combiné avec du grenat magnétique transparent. Le grenat magnétique nécessite un traitement thermique à environ 750°C lors de sa formation, et donc le miroir diélectrique doit résister à cette température. Il est bien connu que l'oxyde de tantale 3 , qui est largement utilisé comme matériau à indice de réfraction élevé dans les miroirs diélectriques, cristallise et perd une grande partie de sa transmissivité à environ 700°C.
Cette étude utilise de l'oxyde de tantale yttrium amorphe, qui a été étudié pour être utilisé comme matériau isolant, comme matériau à indice de réfraction élevé. L'oxyde d'yttrium de tantale amorphe est formé en ajoutant une trace d'oxyde d'yttrium à l'oxyde de tantale, et conserve la transmissivité après traitement thermique à 850°C, le rendant approprié pour la combinaison avec le grenat magnétique. Avec cette découverte, le groupe de recherche a surmonté le problème de la dégradation des performances causée par le traitement thermique, et a réussi à améliorer d'environ dix fois les performances d'un dispositif intégré composé d'un miroir diélectrique et d'un grenat magnétique.
Vues schématiques de la distribution atomique/moléculaire dans l'oxyde de tantale et l'oxyde d'yttrium de tantale amorphe. Même après traitement thermique à haute température, l'oxyde de tantale yttrium amorphe reste non cristallisé et conserve la distribution aléatoire des atomes/molécules, ce qui permet de maintenir une transmissivité élevée. Crédit :Université de technologie de Toyohashi.
"Nous avons utilisé de l'oxyde d'yttrium de tantale amorphe pour former un miroir diélectrique et l'avons combiné avec du grenat magnétique. En fait, autre que le grenat magnétique, il y a plus de matériaux qui n'ont pas été combinés avec des miroirs diélectriques en raison du traitement thermique à haute température requis. J'espère que nos découvertes contribueront à rendre ces matériaux également utilisables, ", explique le professeur adjoint Taichi Goto.
L'oxyde de tantale et d'yttrium amorphe contient de l'oxyde de tantale comme constituant principal et environ 14 % d'oxyde d'yttrium. La présence de molécules d'oxyde d'yttrium entre les molécules d'oxyde de tantale empêche la cristallisation, entraînant une augmentation de la température de cristallisation jusqu'à environ 850°C ou plus. L'oxyde de tantale perd sa transmissivité lorsqu'il est cristallisé, mais dans l'étude, la température de cristallisation a été augmentée et ainsi la perte de transmissivité de l'oxyde de tantale a été évitée avec succès. L'étude fournit un nouveau matériau capable d'améliorer les performances des dispositifs optiques.
"Le grenat magnétique a un large éventail d'applications, tels que les écrans ultra-rapides, appareils à ondes de spin, et lasers. Les performances de ces dispositifs peuvent être considérablement améliorées en combinant du grenat magnétique avec des miroirs diélectriques contenant notre matériau à indice de réfraction élevé, " dit Takuya Yoshimoto, un doctorat étudiant en charge de la préparation des échantillons pour l'étude.
Le nouveau matériau oxyde de tantale yttrium amorphe est productible et stable à température ambiante, et est prometteur pour une application future aux dispositifs à ondes de spin, dispositifs laser compacts contenant du grenat magnétique, etc.
