(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性支持体と、
前記非磁性支持体上に形成されており外部から通電される配線を備える配線層と、
前記配線層上に形成されており金属磁性微粒子が配列された微粒子配列層と、を有し、
前記配線層への通電による発生磁界によって前記金属磁性微粒子を磁化して磁気光学効果を空間的に変化させ、且つ、直線偏光を入射し、前記金属磁性微粒子への入射光と金属表面プラズモン振動との相互作用によって磁気光学効果を増大させる磁気光学素子であって、
前記金属磁性微粒子は、鉤十字形状が周期的に配列されていることを特徴とする磁気光学素子。
【請求項２】
前記配線層は、導電性の配線が縦と横方向に配置されており、通電の方向及び通電量によって、磁気光学効果を空間的に変化させるようにすることを特徴とする請求項１に記載の磁気光学素子。
【請求項３】
前記金属磁性微粒子を含む微粒子配列層と、前記配線層とを挟んで、偏光子機能を有する偏光子層が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の磁気光学素子。
【請求項４】
前記金属磁性微粒子と、前記配線層を挟んで、一方の側に偏光子機能を有する偏光子層を設け、他方の側に反射層を設けたことを特徴とする請求項２に記載の磁気光学素子。
【請求項５】
前記金属磁性微粒子が、複数種類の磁性金属からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気光学素子。
【請求項６】
前記金属磁性微粒子が、複数の層構成となっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気光学素子。
【請求項７】
前記金属磁性微粒子は、径が一様でないことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気光学素子。
【請求項８】
前記微粒子配列層は、前記金属磁性微粒子に加えて、非磁性金属微粒子を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属磁性微粒子が規則的に配列された微粒子配列層を具備する磁気光学素子に関するものであり、特にファラデー効果を用いた高精細ディスプレイ用素子として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、表面プラズモン振動についての研究、及びファラデー効果についての研究がなされており、これらを各種磁気光学素子に利用することについての検討がなされていた。
先ず、表面プラズモン振動について説明する。
結晶化した金属のサイズが小さくなり、超微粒子になると、超微粒子特有の表面プラズマ振動が生ずる。
金属内の伝導電子は、イオン殻（原子の外側の電子を除いた部分）とともに一種のプラズマ状態を形成しており、この電子の集団運動による振動をプラズマ振動と言う。このプラズマ振動の量子（波を量子として見たてたもの）をプラズモンという。
表面プラズモンとは、表面に局在化したプラズマモードのことを言う。
ここで、微粒子のサイズは、表面プラズモン振動が起こる大きさであり、材質にもよるが、通常数ｎｍ〜数十ｎｍの範囲であるとされている。
【０００３】
次に、周期的構造上の磁性体のファラデー効果について説明する。
透明強磁性体を通過した光の偏光面が回転する現象をファラデー効果と言い、光の進行方向と磁性体中のスピンの向きと平行の場合に最大のファラデー回転角度が得られる。
ところで、この磁性体の薄膜を平坦な膜としてではなく、周期的凹凸のある構造上に設けると、ファラデー回転角は平坦な膜の場合よりも大幅に増大することが確認されている（例えば、下記特許文献１、２参照。）。これは、周期構造により透過光のＳ波とＰ波が感じる屈折率が異なり、振幅比に大きな差異が生じて、このことが偏光面が回転するファラデー効果と重畳して、増大するものと推察されている（例えば、下記非特許文献１参照。）。
【０００４】
周期的構造上に磁性体を設けるこの方法は、下記のような課題を有している。
磁性体の磁化を反転させる方法は種々提案されているが、具体的な方法としては、できる限り膜の直下（発生磁界を有効に磁性体に印加するため）にコイルを配して、電流を流して磁界を発生させることが必要であると考えられる。
この場合、コイルの巻き数が多いほど磁界強度は大きくなるが、配線層数が多くなったり、製作コストが大きくなったりしてしまう。そこで巻き数を少なくして、電流値を大きくとることが考えられる。かかる場合、配線材料としてＩＴＯ等の透明導電膜を適用すると、透過率が高いという点で好ましいが、抵抗が銅線の約１００倍であるために、大電流を流すことができないという欠点を有している。すなわち実用的には、例えば、直径１００μｍの画素において、１００ガウスの磁界強度を得るためには、数百ｍＡの電流を流すことが必要となるので、不透明材料であるが低抵抗の金属線（銅、銀、金等）を適用することが必須とされていた。
【０００５】
ところで、コイルの直径が小さいほど、コイル中心の磁界強度は大きくなるという性質があるが、配線幅を細くしないと開口率（即ち光の透過率）を高くとることができない。
例えば、１００μｍ周期（コイル間距離は１０μｍ）の円形コイルを作る場合、銅線幅を１０μｍとすると、開口率は６０％程度となる。
従って、透明性の高い透明導電膜を用い、少ない電流値で駆動することが理想であり、今後の解決課題とされていた。
【０００６】
【特許文献１】特許第３６２８８５９号公報
【特許文献２】特許第３６５４５３３号公報
【非特許文献１】桂川著  Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４０(２００１)ｐｐ．６３６５−６３６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明においては、透磁率を高めた磁気光学素子を提供することを目的とする。より具体的には、金属磁性微粒子を規則的に配列することにより透磁率を高めた磁気光学素子を提供すること、並びに磁界を発生させる機能を有するものの透過率を高めることを目的とする。
例えば、これまで一般的に用いられた磁界発生用のコイルに比べて単純な配線（例えば、直線や曲線）から発生する磁界を利用しても、磁性体の磁化に必要な磁界強度が少なくて済むために、より少ない配線面積で磁化が可能となって、全体として光透過率が向上した磁気光学素子を提供することを目的とする。
さらに、磁界発生用の低抵抗配線材料として銅、金、銀などの不透明材料を用いなくても、磁性体の磁化に必要な磁界強度（即ち電流値）が少なくて済むために、高抵抗であるが透明なＩＴＯなどの配線材料を用い、光透過率の向上した磁気光学素子を提供することを目的とする。
さらにまた、このように全体として透過率を高めた磁気光学素子をディスプレイに適用した際に、「コントラストの高い高精細な画像」が得られることを可能とするために、地肌部（白画像）を光透過率を上げて明るくし、黒画像部をより黒く（ファラデー回転角を増大させる）することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、非磁性支持体と、前記非磁性支持体上に形成されており外部から通電される配線を備える配線層と、前記配線層上に形成されており金属磁性微粒子が配列された微粒子配列層と、を有し、前記配線層への通電による発生磁界によって前記金属磁性微粒子を磁化して磁気光学効果を空間的に変化させ、且つ、直線偏光を入射し、前記金属磁性微粒子への入射光と金属表面プラズモン振動との相互作用によって磁気光学効果を増大させる磁気光学素子であって、前記金属磁性微粒子は、鉤十字形状が周期的に配列されている磁気光学素子を提供する。
なお金属磁性微粒子に対して外部から印加する磁界は、微粒子を配列した後でなく、微粒子を配列する前に印加して磁化しても良い。
勿論全部の金属磁性微粒子が磁化されている必要はなく、磁化されていない金属微粒子があっても良い。磁化されていなければその部位ではファラデー効果が増大しないだけである。
【０００９】
請求項２の発明においては、前記配線層は、縦と横方向に配置されており、通電の方向、及び通電量によって、磁気光学効果を空間的に変化させることとした請求項１に記載の磁気光学素子を提供する。
【００１０】
請求項３の発明においては、前記金属磁性微粒子を含む微粒子配列層と、前記配線層とを挟んで、偏光子機能を有する偏光子層が設けられている請求項１又は２に記載の磁気光学素子を提供する。
【００１１】
請求項４の発明においては、前記金属磁性微粒子を含む微粒子配列層と、前記配線層とを挟んで、一方の側に偏光子機能を有する偏光子層を設け、他方の側に光反射層を設けた構成の磁気光学素子を提供する。
【００１２】
請求項５の発明においては、前記金属磁性微粒子が、複数種類の磁性金属からなることとした請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気光学素子を提供する。
【００１３】
請求項６の発明においては、前記金属磁性微粒子が、複数の層構成となっていることとした請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気光学素子を提供する。
【００１４】
請求項７の発明においては、前記金属磁性微粒子は、径が一様でないこととした請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気光学素子を提供する。
【００１７】
請求項８の発明においては、前記微粒子配列層は、前記金属磁性微粒子に加えて、非磁性金属微粒子を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気光学素子を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の磁気光学素子によれば、金属磁性微粒子を規則的に配列しているので、磁化対象体積が小さくなる。磁化対象の体積が小さくなっても、偏光面回転機能の低下はない。そのため、磁化反転に必要な磁界発生用電流が従来よりも大幅に低減化でき、磁界発生を行うために巻き線構成を設けることなく、直線配線構成も適用できるようになり、素子全体として配線断面積を小型化できた。
更には、金属配線を用いて大きな電流を流さなくても、透明導電膜（ＩＴＯ膜、ＺｎＯ膜等）を用いても、磁性微粒子の磁化方向を容易に反転することができるようになり、光遮断性の低減化が図られたことから、素子としての透明性が格段に大きくなる。また、これらの磁気光学素子をディスプレイに適用した場合に、コントラストの飛躍的な向上効果が得られた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の例に限定されるものではない。
【００２０】
図１に本発明の磁気光学素子の一例の概略断面図を示す。
本発明の磁気光学素子１０は、所定の非磁性支持体１上に、非磁性支持体側から順に、配線層２、微粒子配列層３、及び偏光子層４が形成されたものである。
この磁気光学素子１０においては、微粒子配列層３を構成する規則的に配列された金属磁性微粒子に対し、コイルや後述の導電性の配線により外部から磁界を印加して磁化を発生せしめ、かつ直線偏光を入射し、前記金属磁性微粒子への入射光と金属の表面プラズマ振動との相互作用による磁気光学効果（増大効果）を得るものである。
なお、本明細書において規則的に配列するとは、配列に一定の決まりを持たせることを言う。この一定の決まりとは、金属磁性微粒子の配列に周期があることを意味する。さらに、この規則的な配列に加えて直線性のある配列であれば配線が容易である。なお、配列には直線性以外でも規則的な配列であれば良いので、曲線性であっても良い。
【００２１】
非磁性支持体１の材料としては、例えば、アルミニウムのような耐熱性金属、石英ガラス、ＧＧＧ（ガリウム・ガドリニウム・ガーネット）、サファイア、リチウムタンタレート、結晶化透明ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、単結晶シリコン、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3・ＭｇＯ、ＭｇＯ・ＬｉＦ、Ｙ2Ｏ3・ＬｉＦ、ＢｅＯ、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＴｈＯ2・ＣａＯ等の透明セラミック材料、無機シリコン等の無機材料、プラスチックフィルムが適用できる。なお、支持体が非磁性であるのは、金属磁性微粒子の磁化に影響を与えないためである。したがって、本発明における非磁性支持体１の材料は金属磁性微粒子の磁化に影響を与えない材料であれば良く、上記材料に限定されるものではない。
【００２２】
後述する微粒子配列層３の近傍には、導電性の配線が縦と横方向に配置された配線層２が設けられており、通電による発生磁界を用いて金属磁性微粒子を磁化して、通電の方向、及び通電量によって、磁気光学効果を空間的に変化させるようになされている。
【００２３】
微粒子配列層３は、金属磁性微粒子が規則的に配列されており、この微粒子の材料としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケル単独粒子が適用できるが、これらの材料の合金や、これらとＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ等の他種類の非磁性金属との合金や混合物や合体超微粒子も適用できる。また、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ等の金属を組み合わせて用いてもよい。
上記Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ等の金属の一部原子を、磁性金属原子で置換して用いてもよい。
更には酸化物磁性体を核として、金属磁性微粒子層を積層した構造にしても良いし、逆に金属磁性微粒子を核として、酸化物磁性体層を積層した構造にしても良い。
金属磁性微粒子が所定波長の光に対して表面プラズモン振動の条件を満たすように、各種の有機物または無機物の誘電体を用いて、共鳴波長を変更することができる。例えば、金属磁性微粒子の周囲を高分子化合物や誘電体膜等で覆うことや、金属磁性微粒子中の金属元素を窒素や炭素などの非磁性元素で置換すること、金属磁性と有機物や無機物との混合物である金属磁性微粒子とすること等により、共鳴波長を変更することが可能となる。
【００２４】
微粒子配列層３を構成する金属磁性微粒子の配列方法については、従来公知の方法が適用でき、例えば、特開２００５−１４２５５０号公報（強磁性分極を起こさない磁性層を用いた方法）や、特開２００３−１３８６０６号公報（微粒子の表面に有機コーティング膜を形成して配列する）、特許第３４５８１５２号公報（ビームの放射圧を利用する方法）等に開示されている方法を適用できる。なおこれらに限定されるものではない。
他には化学的（溶液）手法や自己組織化方法だけではなく、リソグラフィー手法や微粒子マニピュレーション手法、更には微細な穴を形成した後に微粒子を埋め込む方法や、気相中のナノ粒子を帯電させ、粒子と逆符号に帯電させた基板パターン上に吸着・配列させる方法などの公知の方法を用いることができる。
なお、本発明はこれらの手法に限定されるものではない。
【００２５】
偏光子層４を構成する偏光子としては、従来公知の市販の偏光フィルムを適用できる。
偏光フィルムとしては、大別して多ハロゲン偏光フィルム、染料偏光フィルム、金属偏光フィルム等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
また以下の偏光子を用いることもできる。
【００２６】
（１）偏光板
強磁性体微粒子からなる多数の棒状素子を含む偏光層基板表面に、一定方向に配列して固着形成することにより、製造が容易でかつ光学的特性の優れた偏光板である。
【００２７】
（２）ワイヤグリッド偏光子
透明基板に微小な間隔で金やアルミニウムの線をひいたもの。この場合線の間隔ｄ、波長をλとすると、λ≫ｄの波長の光に対して、透過光は線に垂直な振動面を持つほぼ完全な直線偏光に成ることを利用している。偏光度は９７％程度と言われている。
【００２８】
（３）コーニング社製「ポーラコア」
長く延伸させた金属銀をガラス自身の中に一方向に配列させることにより、偏光特性を持たせたガラスで、従来の有機物偏光素子と異なり耐熱性、耐湿性、耐化学薬品性、レーザーに対する耐性に非常に優れている。赤外線用が主であるが、特殊仕様として可視光用がある。
【００２９】
（４）積層型偏光子
可視光用にはＲＦスパッタリング法で、６〜８ｎｍの厚みのＧｅ（ゲルマニウム）と、１μｍの厚さのＳｉＯ2を交互に６０μｍ厚さになるまで積層して作製した積層型偏光子である。０．６μｍの波長で測定した性能指数αＴＥ／αＴＭ（ＴＥ波とＴＭ波に対する消衰定数の比）は４００近く、０．８μｍの波長で測定した消光比は３５ｄＢ、挿入損失は０．１８ｄＢであり、可視光に対して充分なものである。
【００３０】
（５）反射型偏光子
住友３Ｍ株式会社により販売されている。屈折率の異なる薄膜を何百層も重ねて積層し、層間で反射・透過を繰り返して偏光を取り出す。
ＳとＰ偏光の内一方を反射して、一方を通過させるために反射型という。全厚みは１００μｍ程度である。
吸収タイプに比較して、反射するので画像が明るく感じられる。
米Ｍｏｘｔｅｋ社のアルミニウム細線を周期的に並べた、ワイヤグリッドタイプの反射型偏光子もある。
【００３１】
（６）偏光ビームスプリッター
光束を２本以上のビームに分割又は合成する光学素子をビームスプリッターという。
その中でも分岐された２光束の偏光方向が異なるように分割するものを偏光ビームスプリッターという。２個の直角プリズムを接着した面に誘電体多層膜をコートしたものが一般的であり、Ｐ偏光成分は透過し、Ｓ偏光成分は９０度反射するようになっている。透過率、反射率ともに９８％以上のものが得られる。他には特殊なグレーティングを用いたようなものもある。
【００３２】
（７）偏光プリズム
１軸性結晶は、光学軸方向に垂直に振動する常光線と光学軸を含む主断面内に振動方向をもつ異常光線では異なった屈折率を持つので、１軸性結晶から切り出した２つのプリズムを組み合わせると、振動面の異なる光を分離することができる。
ニコルプリズム、グラントムソンプリズム、グランフーコープリズム、グランテーラープリズム、ロションプリズム、ウォーラストンプリズム等がある。
【００３３】
（８）回折格子
回折格子はピッチを小さくしていけば、ＴＥ波とＴＭ波の透過率が異なり、偏光子として機能する。偏光子とは呼ばないが、偏光子機能を有するので、偏光子として用いることが可能である。
【００３４】
磁気光学素子の微粒子配列層３を構成する金属磁性微粒子として、可視光波長以下のサイズを有する金属、例えば金（Ａｕ）微粒子二つを、距離を離して配列するようにすると、表面プラズモンによる強い電磁界によって、表面プラズモン共鳴周波数近傍で、通過する直線偏光のＳ波とＰ波の振幅比が異なる現象が確認された。
【００３５】
また、金属磁性微粒子の局在表面プラズモンの共鳴周波数に対して、２つの微粒子間距離を変化させることによって振幅比変化の現象が生ずることが確かめられた。
【００３６】
金属磁性微粒子として、強磁性体である鉄微粒子を用いると、通過する直線偏光には、偏光面が回転するファラデー効果が生ずる。
このファラデー効果は、上記振幅比変化の現象と重畳して、単独の超微粒子任意配列の場合よりも、大きく増大することが確かめられた。
この理由は、金属磁性微粒子のつくる電磁界によって、Ｓ波とＰ波が感じる屈折率が異なり、振幅比に大きな差異が生じるためである。
【００３７】
従来公知の全面均一磁性膜や周期的格子状磁性膜と異なり、規則的に配列された微粒子によるファラデー効果には次のような特徴がある。
金属磁性微粒子は、磁化が必要な体積が少ないため、微弱な電流で発生する磁界により磁化することができるという特長を有しているのである。
従って、従来の磁性膜を適用していた場合には、高抵抗であったため使用できなかったＩＴＯ膜やＺｎＯ膜等の透明導電膜を配線層用として用いることができ（つまり、従来のコイルに替えて用いることができる）、更にはこの配線を細線とすることもできるので、これをディスプレイに応用した場合に、（１）透明配線材料が利用できる、（２）配線材料の体積を減少させることができる、（３）透明性が低い磁性体層の体積を減少できる、などの理由により、全体の透明性を大幅に向上させることができるのである。
【００３８】
本発明の磁気光学素子は、図１に示した例に限定されることなく、例えば、非磁性支持体上であって、配線層形成面側とは逆側に、所定の反射層を設けてもよい。
この反射層は、ＰＶＤ法等により形成でき、材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＴｅＣ、ＳｅＡｓ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ等が適用できる。また誘電体多層膜も反射層として適用できる。
反射層の膜厚は、０．１〜１μｍの範囲が好適である。
【００３９】
なお、配線層２を構成する配線は、本発明において金属磁性微粒子を用いているので必要な磁界が従来技術に比して大幅に少なくて済むために、その磁界発生する素子にはコイル（巻き線）としなくてもよく、直線などの線分による配線の構成としてもよい。このように線分による配線により配線断面積を小さくでき、磁気光学素子全体の小型化を図ることができる。
【００４０】
また、配線には、従来技術のようにＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔによる金属配線でなくても、ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＺｎＯ等の透明導電膜を用いても、磁性微粒子の磁化方向を容易に反転することができる。
更には、エチレンジオキシ基を有するＢＥＤＯ−ＴＴＦ錯体や、Ｃ６０誘導体を用いたＣＴ錯体等による有機物透明導電材料も適用できる。
従って、従来の磁性体連続膜や磁性体周期構造上膜よりも、はるかに大きな透明性が得られ、本発明の磁気光学素子をディスプレイに適用すると、極めて高いコントラストが実現できる。
【００４１】
なお、本発明の磁気光学素子は、透過光のコントラストを用いるディスプレイへの利用に限定されるものではなく、その他、ファラデー回転角を用いる光アイソレーターや、いわゆる光スイッチ機能を利用した通信用「光スイッチ」等にも適用できる。すなわち、磁気コイルに電流を流した場合と逆方向に電流を流した場合の光透過率変化を利用した「光スイッチ」にも適用できるのである。
その他、磁気ヘッドに適用し、コイルを併設した方式として、またコイルを別途に設けた方式として、ディスク状あるいはテープ状の磁気記録媒体に対するヘッドとすることもできる。
【００４２】
更には、光スイッチ機能を利用し、電流によって連続的に光透過率を変化させる自動調光窓に適用することもできる。
また、偏光変換素子を併用すれば、Ｓ波やＰ波だけの利用ではなく、光の７０％程度を利用する各種素子として利用することもできる。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明は以下に示す例に限定されるものではない。なお、以下に示す実施例１〜１１のうち、実施例１０を除く実施例１〜９および１１は本発明の範囲に属しない参考例としての試験例である。
【００４４】
〔実施例１〕
図２に、本発明の磁気光学素子の、非磁性支持体１上に微粒子配列層２を構成する金属磁性微粒子の一例である鉄超微粒子３０が規則的に配列された状態の概略上面図を示す。
先ず、非磁性支持体１としてシリコンウェハーを用意し、これを走査型電子顕微鏡内に配置し、電子線を加速電圧３０ｋＶ、ビーム電流１０-11Ａ、ビーム径約５ｎｍで、所定の周期パターン状に照射して、非磁性支持体１表面に、優先的な吸着サイトを人工的に規則的な配列で形成した。ここでは、規則的な配列として格子状の配列とした。なお、この優先的な吸着サイトとは、後述の金属磁性微粒子を配置する配列のほぼ中心となる位置のことである。
また、シリコンウェハーを用いているので、この磁気光学素子は反射型で利用されるものである。
【００４５】
次に、非磁性支持体１を、真空蒸着装置に移し、圧力を１０-6Ｔｏｒｒとして、膜厚４ｎｍとなるように鉄を蒸着した。
次に、非磁性支持体１を加熱して、表面プラズモン振動が生ずる３０ｎｍの球形の鉄超微粒子３０（図において鉄球とする）の格子状配列を形成した。このように、鉄を蒸着した非磁性支持体１を加熱することにより、先の吸着サイトの位置に鉄超微粒子３０が配置され形成されることになる。これによって、規則的な配列の一例である格子状の配列をした鉄超微粒子で構成された微粒子配列層２が得られる。
【００４６】
鉄超微粒子３０の格子状配列に対し、偏光子通過後の直線偏光（波長５５０ｎｍ）を、図２に示す、紙面に垂直方向であって、かつ格子に対して４５°傾けて入射させた。
エリプソメーターで測定した入射前後の電場Ｘ成分とＹ成分の振幅比は、約２．５倍と変化していた。このことは後述するファラデー効果の増大が要因と考えられる。これは鉄超微粒子３０の表面プラズモン振動による影響である。
【００４７】
次に、外部から電磁石（コイル）を用いて磁界を印加して、鉄超微粒子３０を紙面の上から下への一定方向に磁化した。
この状態で上記と同様に直線偏光を入射すると偏光面は、２３°回転した。
同様の膜厚（３０ｎｍ）の鉄薄膜のファラデー回転角（約１．２°）に対して、本構成による鉄超微粒子３０を用いた方が大きなファラデー回転角が得られた。
図２において、微粒子間隔ｄとは、紙面において水平方向に隣接する直線状に配列された各鉄微粒子の間隔であり、間隔ｈは紙面において垂直方向に配列された鉄超微粒子の中心間距離である。なお、図面において、間隔ｈは微粒子の上部での間隔を示しているが、中心間の距離であるとも言える。
【００４８】
〔実施例２〕
図３に示すように、非磁性支持体１であるシリコンウェハーの上にＩＴＯ膜を、９００ｎｍ幅、膜厚１００ｎｍ、間隔９００ｎｍで、格子状のＩＴＯ膜を形成し、これを配線層２とした。
【００４９】
この上に、実施例１と同様にして、ＩＴＯ膜で形成された配線の格子の交差点（いわゆる交点）に電子線を照射して優先的な吸着サイトを非磁性支持体１に形成する。そして、上記配線層２を設けた非磁性支持体１を、真空蒸着装置に移し、圧力を１０-6Ｔｏｒｒとして、膜厚４ｎｍとなるように鉄を蒸着した。次に、非磁性支持体１を加熱して、実施例１と同様に鉄の金属磁性微粒子（図２の鉄球３０）を上記配線層２の格子の交差点に設け、規則的に鉄の金属磁性微粒子が配列された微粒子配列層３を形成した。
これらのＩＴＯ膜で形成された配線の交差点１００点を任意に選定して、配線に電流を７０ｍＡ流し、交差点上の金属磁性微粒子である鉄球３０に磁界を印加した。
【００５０】
なお、図３は、Ｘ３とＹ３、Ｘ３とＹ４、Ｘ４とＹ３、Ｘ４とＹ４のそれぞれの交点を選択して電流を流した場合（これを、選択した交差点グループと言う）であり、当該電流が流れる交点を黒印で示している。したがって、図３における黒印の上に配列されている鉄の金属磁性微粒子にのみ磁界を印加することが可能となる。
【００５１】
実施例１と同様にして、直線偏光を透過させた場合に、選定した交差点グループと選定していない他の個所では交差点グループの方がファラデー回転角が極めて大きいことが確かめられた。
【００５２】
〔実施例３〕
上記非磁性支持体１をシリコンウェハーに替えて石英基板とした。この石英基板を用いると透過型の磁気光学素子となる。その他の条件は、実施例２と同様として、ＩＴＯ膜による配線層２、及び金属磁性体微粒子として鉄の微粒子による微粒子配列層３を形成した。
図４に示すように、配線層２を形成した非磁性支持体１を挟んで、上下に市販のヨウ素タイプ偏光子層４、５を設けた。
これに可視光を透過させると、図３中の黒印で示された、電流が流れる交点として選択した交差点グループの鉄の金属磁性体微粒子に磁界が印加され、当該交点における個所は光が遮断されて黒く、他の個所は透過して高いコントラストを得ることができた。
【００５３】
〔実施例４〕
図４に示した偏光子層５に代えて、膜厚３００ｎｍのアルミニウム膜よりなる反射層６を設けた。その他の構成は、上記実施例３と同様として、図５に示す構成の磁気光学素子を作製した。
可視光を透過させると、図３中の黒印で示された、電流が流れる交点として選択されたグループの鉄の金属磁性体微粒子に磁界が印加され、当該交点における個所は光が遮断されて黒く、他の個所は透過してコントラストを得ることができた。
【００５４】
〔実施例５〕
非磁性支持体１のシリコンウェハーに予め優先的な吸着サイトを格子状の配列になるように人工的に形成して、実施例１で適用した真空蒸着装置を用いて、鉄と続けてコバルトをそれぞれ３ｎｍずつ重ねて成膜した。
その他の条件は、実施例１と同様にして、上記鉄とコバルトが重なって成膜された非磁性支持体１を加熱して、鉄とコバルトからなる金属磁性微粒子である球形の超微粒子が格子状に配列された微粒子配列層３を形成した。
そして、実施例１と同様に外部から電磁石やコイル又は上述したような配線層により磁界を印加して、鉄とコバルトからなる金属磁性微粒子を磁化する。
実施例１と同様にして、この状態で直線偏光を入射すると、偏光面は１３°回転したことが確かめられた。
【００５５】
〔実施例６〕
実施例１と同様にして、非磁性支持体１のシリコンウェハーに予め優先的な吸着サイトを格子状の配列になるように人工的に形成して、実施例１で適用した真空蒸着装置を用いて、４ｎｍの膜厚の鉄と続けてＳｉＯ2１３ｎｍを重ねて成膜した。
その他の条件は、実施例１と同様にして、上記鉄とＳｉＯ2が重なって成膜された非磁性支持体１を加熱して、鉄とＳｉＯ2からなる金属磁性微粒子である球形の超微粒子が格子状に配列された微粒子配列層３を形成した。
そして、実施例１と同様に外部から電磁石やコイル又は上述したような配線層により磁界を印加して、鉄とＳｉＯ2からなる金属磁性微粒子を磁化する。
実施例１と同様に、この状態で直線偏光を入射すると、偏光面は１７°回転したことが確かめられた。
【００５６】
〔実施例７〕
非磁性支持体１のシリコンウェハーに予め優先的な吸着サイトを格子状の配列になるように人工的に形成して、実施例１で適用した真空蒸着装置を用いて、４０ｎｍの鉄の成膜を行い、次いで鉄が成膜された非磁性支持体を加熱して、鉄からなる金属磁性微粒子である球形の超微粒子が格子状に配列された第１の微粒子配列層を形成した。その後、この第１の微粒子配列層の上にＴｉＯ2の膜を１１ｎｍの厚さで成膜した。そして、ＴｉＯ2の膜に上記非磁性支持体１のシリコンウェハーと同様に予め優先的な吸着サイトを格子状の配列になるように人工的に形成し、吸着サイトが形成されたＴｉＯ2の膜の上にＡｕの膜を８ｎｍの厚さで成膜して、次いでＡｕが成膜された非磁性支持体１を加熱して、Ａｕからなる金属磁性微粒子である球形の超微粒子が格子状に配列された第２の微粒子配列層を形成した。
このように、Ａｕ／ＴｉＯ2／Ｆｅの層構造を持った超微粒子配列層を形成し、磁気光学素子を作製した。
そして、実施例１と同様に外部から電磁石やコイル又は上述したような配線層により磁界を印加して、Ｆｅの金属磁性微粒子を磁化する。実施例１と同様にして、この状態で直線偏光を入射すると、偏光面は９°回転したことが確かめられた。
【００５７】
〔実施例８〕
実施例１で適用した真空蒸着装置を用いて非磁性支持体１に鉄等を製膜する際に、非磁性支持体１と蒸発源との間にワイヤーを張って膜厚を変化させ、非磁性支持体を加熱した際に形成される金属磁性微粒子の各々の粒子径は異なるが、平均粒子径が３０ｎｍである球形の鉄超微粒子の格子状配列よりなる微粒子配列層３を形成した。この微粒子配列層を構成する鉄超微粒子を電子顕微鏡で観察したところ、最大粒子径は５６ｎｍであり、最小は１７ｎｍであった。
そして、実施例１と同様に外部から電磁石やコイル又は上述したような配線層により磁界を印加して、鉄の金属磁性微粒子を磁化する。
実施例１と同様に、この状態で直線偏光を入射すると、偏光面は１０°回転したことが確かめられた。
また、このように様々な粒子径を有する金属磁性微粒子による微粒子配列層は、照射する波長範囲を広げてもほぼ同様の回転角を得ることが出来たことが確かめられた。
【００５８】
〔実施例９〕
図２中の微粒子間隔ｄをほぼゼロとなるように、また各微粒子が４００ｎｍ間隔の直線上に配列するように非磁性支持体に電子線照射を行い優先的な吸着サイトを形成する。そして、非磁性支持体に鉄を成膜し、非磁性支持体を加熱して、鉄からなる金属磁性微粒子である球形の超微粒子が格子状に配列された微粒子配列層を得た。
そして、実施例１と同様に外部から電磁石やコイル又は上述したような配線層により磁界を印加して、鉄の金属磁性微粒子を磁化する。
実施例１と同様に、この状態で直線偏光を入射すると、磁気光学効果測定装置により、偏光面は１１°回転したことが確かめられた。
【００５９】
〔実施例１０〕
図２中の微粒子間隔ｄをほぼゼロとなるように、また、微粒子が図６に示すような、５００ｎｍ角のキラルパターン（鏡面非対称パターン）を周期的に形成するように非磁性支持体に電子線照射を行い優先的な吸着サイトを形成する。そして、非磁性支持体に鉄を成膜し、非磁性支持体を加熱して、鉄からなる金属磁性微粒子である球形の超微粒子が周期的に配列された微粒子配列層を得た。
そして、実施例１と同様に外部から電磁石やコイル又は上述したような配線層により磁界を印加して、鉄の金属磁性微粒子を磁化する。
実施例１と同様に、この状態で直線偏光を入射すると（但し、入射光の偏光面は図６の矢印で示したように、紙面に垂直であるものとした）、磁気光学効果測定装置により、偏光面は１５°回転したことが確かめられた。
これは、金属微粒子をほぼ連続させて配列した「キラルパターン」の有する旋光性と、強磁性金属粒子配列による増大したファラデー回転角が重畳によって、更にエンハンスされた結果である。
【００６０】
〔実施例１１〕
非磁性支持体１のシリコンウェハーに予め優先的な吸着サイトを格子状の配列（周期的な直線状）になるように人工的に形成して、実施例１で適用した真空蒸着装置を用いて、鉄に続けて金をそれぞれ３ｎｍずつ重ねて成膜した。その他の条件は実施例１と同様にして、上記鉄と金が重なって成膜されたシリコンウェハーを加熱して、鉄と金からなる金属磁性微粒子である球形の超微粒子が格子状に配列された微粒子配列層３を形成した。
そして、実施例１と同様に外部から電磁石やコイル又は上述したような配線層により磁界を印加して、鉄と金からなる金属磁性微粒子を磁化する。
実施例１と同様にして直線偏光を入射すると、偏光面は１４°回転したことが確かめられた。
なお、鉄に対する金の混合割合を３０ａｔｍ％とすると、波長５５０ｎｍの直線偏光に対して効果があることが、実験により得られた。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の磁気光学素子の一例の概略断面図を示す。
【図２】磁気光学素子を構成する非磁性支持体１と微粒子配列層の鉄微粒子との状態を示す概略上面図を示す。
【図３】非磁性支持体と配線層との状態を表す概略平面図を示す。
【図４】本発明の磁気光学素子の他の一例の概略断面図を示す。
【図５】本発明の磁気光学素子の他の一例の概略断面図を示す。
【図６】本発明の磁気光学素子を構成する非磁性支持体１と微粒子配列層の鉄微粒子との状態を示す他の一例の概略上面図を示す。
【符号の説明】
【００６２】
１    非磁性支持体
２    配線層
３    微粒子配列層
４    偏光子層
５    偏光子層
６    反射層
１０    磁気光学素子
３０    鉄球（金属磁性微粒子の一例）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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