Toyohashi University of Technology forskare i samarbete med Massachusetts Institute of Technology (MIT), har utvecklat ett nytt material som kan bibehålla hög transmissivitet efter termisk behandling vid 850°C och framgångsrikt applicerat materialet på optiska enheter. Forskarna laminerade omväxlande film av detta material med hög brytningsindex och film av material med lågt brytningsindex för att bilda en dielektrisk spegel och använde sedan spegeln för produktion av magneto-optiska enheter, som kräver termisk behandling vid höga temperaturer.

Ny forskning har visat att man kombinerar välkända, överlägsna material kan ge nya material som har en kraftigt förbättrad prestanda jämfört med konventionella material. Dock, Att kombinera olika material visar sig ofta vara en utmaning; ett material med goda egenskaper när det används ensamt kan orsaka nya problem när det kombineras med ett annat material. Värmerelaterade problem är bland de enklaste av dessa problem att förstå. Till exempel, när ett material som kräver termisk behandling vid en viss temperatur kombineras med ett annat material som bryts ned vid den temperaturen, den resulterande produktens prestanda försämras, gör en sådan kombination meningslös.

I den här studien, forskargruppen vid Toyohashi University of Technology i samarbete med Massachusetts Institute of Technology (MIT) laminerade växelvis ett material med högt brytningsindex och ett material med lågt brytningsindex för att bilda en dielektrisk spegel och kombinerade det med transparent magnetisk granat. Den magnetiska granaten kräver värmebehandling vid ca 750°C under bildning, och därför måste den dielektriska spegeln motstå denna temperatur. Det är välkänt att tantaloxid ³ , som ofta används som ett material med hög brytningsindex i dielektriska speglar, kristalliserar och förlorar mycket av sin transmissivitet vid ca 700°C.

Denna studie använder amorf tantal yttriumoxid, som har studerats för användning som isolerande material, som ett material med högt brytningsindex. Amorf tantalyttriumoxid bildas genom att tillsätta en spårmängd yttriumoxid till tantaloxid, och behåller transmissivitet efter termisk behandling vid 850 ° C, vilket gör den lämplig för kombination med magnetisk granat. Med denna upptäckt, forskargruppen övervann problemet med prestandaförsämring orsakad av värmebehandling, och lyckades förbättra prestandan hos en integrerad enhet som består av en dielektrisk spegel och magnetisk granat med cirka tio gånger.

"Vi använde amorf tantal yttriumoxid för att bilda en dielektrisk spegel och kombinerade den med magnetisk granat. Faktiskt, annat än magnetisk granat, det finns fler material som inte har kombinerats med dielektriska speglar på grund av den höga temperaturbehandling som krävs. Jag hoppas att våra upptäckter kommer att bidra till att göra sådant material användbart också, säger adjunkt Taichi Goto.

Den amorfa tantalyttriumoxiden innehåller tantaloxid som huvudbeståndsdel och cirka 14 procent yttriumoxid. Närvaron av yttriumoxidmolekyler mellan tantaloxidmolekyler förhindrar kristallisering, vilket resulterar i en ökning av kristallisationstemperaturen till ca 850°C eller högre. Tantaloxid förlorar sin transmissivitet när den kristalliseras, men i studien höjdes kristallisationstemperaturen och sålunda förhindrades förlusten av transmissivitet hos tantaloxid framgångsrikt. Studien ger ett nytt material som kan ge förbättrad prestanda till optiska enheter.

"Magnetisk granat har ett brett utbud av applikationer, som ultrasnabba skärmar, snurrvågsenheter, och lasrar. Prestanda hos dessa enheter kan förbättras avsevärt genom att kombinera magnetisk granat med dielektriska speglar som innehåller vårt material med högt brytningsindex, "säger Takuya Yoshimoto, en doktorsexamen student som ansvarar för provförberedelse för studien.

Det nya materialet amorfa tantalyttriumoxid är framställbart och stabilt vid rumstemperatur, och lovar för framtida applikationer för spinnvågsenheter, kompakta laserenheter som innehåller magnetisk granat, och så vidare.