教員・研究室紹介

教授

小林 政信

KOBAYASHI MASANOBU

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研究室
津田沼キャンパス 2号館6階 010605号室
担当講義
「固体物理学」「x半導体材料」等

透明酸化物半導体 / ナノ構造磁性薄膜 / 人工格子磁性材料

研究室概要

本研究室では透明酸化物半導体、ナノ構造磁性薄膜、人工格子磁性材料など、主に薄膜材料の研究をおこなっている。薄膜製造技術として、スパッタ法、真空蒸着法、CVD法などがあり、本研究室ではスパッタ法を用いて薄膜を作製している。スパッタ法では、加速されたアルゴンイオンを材料物質(ターゲットと呼ぶ)に照射する。イオンはターゲット材料に衝突し、その運動エネルギーにより、ターゲットの表面の原子または分子クラスターが空間内に放出され、基板上で薄膜を形成する。

研究テーマ

(1) 透明酸化物半導体

「透明な半導体」のバンドギャップは約3eVで400nmのより短波長の光を吸収する。つまり赤外光や可視光を透過させて、紫外光だけを吸収するから、透明な半導体となる。現在ディスプレイの主流となっているFPD(薄型ディスプレイ)には、酸化インジウムスズ(ITO)と呼ばれる酸化物半導体が透明電極膜として使用されている。しかしITOの原料の一つであるインジウム(In)は資源的に問題があるため、酸化亜鉛(ZnO)等の代替材料の研究が進められている。本研究室ではZnO-Si、ZnO-Sm、ZnO-V薄膜などについて検討を行っている。

(2) ナノ構造磁性薄膜

ナノ領域での光と物質との相互作用を活用するナノフォトニクスは、光工学に係る新たな学術的・産業的領域の開拓に繋がることから、精力的に研究が進められている。特に、ナノ粒子や表面ナノ凹凸構造などナノ構造体で発生する局在表面プラズモン共鳴は、回折限界を超えるナノ領域に光を強く閉じ込めることが可能であることから、ナノフォトニクスにおける最も重要な基盤技術の一つとなっている。表面プラズモン共鳴の特性やこれに伴う局在電場は、ナノ構造体を形成する材料、形状ならびに集合形態などに大きく依存する。例えば、AgやAuなどの貴金属ナノ構造体に光を照射した場合、光のナノ領域への閉じ込めによって光強度を百倍以上に増強することが可能である。さらに2次元周期構造によるプラズモンモードの共鳴結合や、近接したナノ粒子間での強局在電場(ホットスポット)の利用によって、さらなる電場増強も可能である。本研究室では、磁気光学効果を利用した高性能光デバイスの開発を目的として、磁性ナノ構造体の磁気(光学)物性に関する研究を行っている。

(3) 人工格子磁性材料

人工的に作製する多層膜の組み合わせは実にさまざまで、金属、半導体、セラミックス、高分子など自由に変えることができ、結晶か非結晶かに至るまで制御可能である。“ある周期をもって積層された薄膜”を意味する言葉としては多層膜が一般的に用いられており、多層膜に限らず、人為的に機能設計された原子配列という意味合いにおいては人工格子という言葉も広く知られている。現在までの研究において確認されている、注目すべき多層膜の新機能には(1)垂直磁気異方性と光磁気効果(2)巨大磁気抵抗(GMR)効果などがある。

これまでの主要な業績

  1. (1) H.Yamane, K.Takeda, M.Kobayashi、“abrication and magneto-optical properties of perpendicular magnetic CoPt nanostructures formed by surface agglomeration of Ag.”Jpn. J. Appl. Phys. 54, 06FJ09-1-7, 2015
  2. (2) H.Yamane, K.Takeda, M.Kobayashi,“Magneto-plasmonics on perpendicular magnetic CoPt–Ag nanostructures with ZnO intermediate thin layers”Appl. Phys. Lett. 106, pp. 052409-1-5 , 2015
  3. (3) H.Yamane, M.Kobayashi,“Magneto-optical properties for antiferromagnetically coupled CoPt stacked films with hexagonal anti-dot lattices”Jpn. J. Appl. Phys. 53, pp.05FB04-1-6, 2014
  4. (4) H.Yamane, M.Kobayashi,“Magnetic Properties of Antiferromagnetic Coupled Co-Pt Stacked Films with Two-Dimensional Array Structures, Materials Transactions”Jpn. Inst. Metals 55, pp.1372-1376, 2014
  5. (5) 山根治起, 小林政信,“二次元周期構造を有するCo-Pt反強磁性結合積層体の磁気特性”,日本金属学会誌, 第77巻, pp.419-423, 2013