(57)【要約】  大面積化が容易であり、透過率を変化させる時以外は外場印加が不要で室温動作可能な可変光減衰器を提供する。本発明のある態様においては、（２１０）面方位の基板１の上に形成されたＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３膜（ＬＳＭＯ膜２、ただし、０．１＜ｘ＜０．７）と、ＬＳＭＯ膜２の膜面内の磁化４を制御する磁化制御手段５０とを備える可変光減衰器１００が提供される。可変光減衰器１００では、ＬＳＭＯ膜２の膜面内の磁化を磁化制御手段５０により制御することにより、ＬＳＭＯ膜２の光透過率が制御される。
2013114741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（２１０）面方位の基板の上に形成されたＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３膜（ＬＳＭＯ膜、ただし、０．１＜ｘ＜０．７）と、
該ＬＳＭＯ膜の膜面内の磁化を制御する磁化制御手段と
を備え、
該ＬＳＭＯ膜の磁化を制御することにより、該ＬＳＭＯ膜の透過光に対する透過率が制御される
可変光減衰器。
【請求項２】
前記磁化の方向が前記ＬＳＭＯ膜の面内［００１］軸方向であり、
該ＬＳＭＯ膜の［００１］軸に平行に直線偏光した光が前記基板の側から該ＬＳＭＯ膜に入射される
請求項１に記載の可変光減衰器。
【請求項３】
前記磁化の方向が前記ＬＳＭＯ膜の面内［００−１］軸方向であり、
該ＬＳＭＯ膜の［００１］軸に平行に直線偏光した光が前記基板の側とは逆の該ＬＳＭＯ膜の側から該ＬＳＭＯ膜に入射される
請求項１に記載の可変光減衰器。
【請求項４】
前記磁化制御手段が、前記ＬＳＭＯ膜の［００−１］軸方向に印加する磁場強度を制御するものであり、これにより前記透過率が制御される
請求項２に記載の可変光減衰器。
【請求項５】
前記磁化制御手段が、前記ＬＳＭＯ膜の［００１］軸方向に印加する磁場強度を制御するものであり、これにより前記透過率が制御される
請求項３に記載の可変光減衰器。
【請求項６】
前記磁化制御手段が、前記ＬＳＭＯ膜の［００１］軸方向または［００−１］軸方向に印加する電流密度を制御するものであり、これにより前記透過率が制御される
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の可変光減衰器。
【請求項７】
前記基板がＳｒＴｉＯ３の組成である
請求項１に記載の可変光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可変光減衰器に関する。さらに詳細には本発明は、電気磁気効果による光の非相反性を用いた可変光減衰器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光の非侵襲性やスペクトロスコピ―を活用したセンシング技術が注目を集めている。例えば、ヘモグロビンの酸素飽和度を測定する眼底検査装置や生体の特定部位に結合した蛍光たんぱくによる癌検査等では、可視から近赤外の波長範囲のレーザー光を用いたスペクトロスコピックなイメージング技術の開発が精力的に行われている。これらのイメージング装置や蛍光顕微鏡では用途に応じた多波長光源が必要であり、非線形光学結晶に超短パルスレーザー光を照射することにより発生するスーパーコンティニュウム光と呼ばれる白色レーザー光が用いられることが多い。ここで重要となるのは、連続した波長から必要となる波長を選択する可変波長フィルタ及びその強度を調整する可変光減衰器である。このうち、可変光減衰器として現在使用されているものは導波路タイプのものが多く、大面積化は困難である。【０００３】
一方、これまでと全く異なる動作原理が最近報告されている。これは、時間反転対称性を破る磁化と空間反転対称性を破る分極が共存する物質において、非相反性（nonreciprocity）に起因して方向二色性（directional dichroism）という性質が発現することを利用するものである。この方向二色性は、いわゆる電気磁気効果、すなわち電場により磁化が誘起され、磁場により分極が誘起される効果に基づくものである。例えば、ＧａＦｅＯ３結晶に回折格子を形成し、１次回折光を磁化の方向により変える光スイッチや（特許文献１）、ＥｒをドープしたＢａＴｉＯ３単結晶などの光ファイバーにより従来使用されている光アイソレータを省略しうること（特許文献２）が報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０３４０９３号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／１２９４５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＧａＦｅＯ３は方向二色性の機能発現温度が室温（例えば３００Ｋ）より低いという問題がある。また、ＥｒをドープしたＢａＴｉＯ３単結晶は常磁性であるため、方向二色性を得るには常に磁場を印加しなければならないという問題がある。【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものである。本発明は、大面積化が容易であり、透過率を変化させる時以外は外場印加が不要であり、また、室温動作が可能であるような可変光減衰器を製造することに貢献するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を吟味した結果、本願の発明者らは、高指数面基板の面の上に形成した強相関酸化物薄膜において、基板歪により誘起される結晶軸方向の分極が、物質の磁気的性質によらず、例えば３００Ｋを超える室温以上でも存在し続けることに着目した。そして、全く新たな原理に基づき上記課題の少なくともいずれかを解決しうる具体的手段を見出した。【０００８】
その具体的解決手段として、本発明のある態様においては、（２１０）面方位の基板の上に形成されたＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３膜（ＬＳＭＯ膜、ただし、０．１＜ｘ＜０．７）と、該ＬＳＭＯ膜の膜面内の磁化を制御する磁化制御手段とを備え、該ＬＳＭＯ膜の磁化を制御することにより、該ＬＳＭＯ膜の透過光に対する透過率が制御される可変光減衰器が提供される。【０００９】
上記態様により、ＬＳＭＯ膜の膜内に、面内の成分として［−１２０］軸方向の成分を有する分極を室温で生成させることが可能となる。しかも、ＬＳＭＯ膜の膜面内の磁化は、上記分極の有無とは無関係に、例えば、［００１］軸あるいは［００−１］軸方向に生成することが可能となる。つまり、上記態様においては互いに直交する分極および磁化をＬＳＭＯ膜内に室温にて共存させることが可能となる。その結果上記態様においては、室温での電気磁気効果が利用可能となり、方向二色性を動作原理とする可変光減衰器を実現することができる。すなわち本構成では、例えば、概して平面状に形成した可変光減衰器の基板およびＬＳＭＯ膜を含む構成（光変調素子）の表または裏側の面から光を入射させることが可能となるため、導波路とは異なり、大面積化が容易である。しかも、ＬＳＭＯ膜が強磁性であることから、変調された透過率を維持するために外場（外部磁場または注入電流）の印加を要さない。なお、本出願全般において、可変光減衰器を透過する際に減衰等により制御される光は、可視光のみならず、例えば光通信用の近赤外や赤外光をはじめとして、ＬＳＭＯ膜の方向二色性を発揮しうる任意の波長の電磁波を含んでいる。【００１０】
上記態様において磁化制御手段とは、ＬＳＭＯ膜の磁化についての方向および強度の少なくともいずれかを制御する任意の物理的手段を含む。典型的な磁化制御手段は、ＬＳＭＯ膜に対し外部から磁場を印加し、その磁場の強度や方向を変化させることができるような磁場印加手段を含む。さらに、スピン注入磁化反転の原理にしたがってスピン分布が偏った電流を作り出すためのピン止め部と電流手段の組合せも、このような磁化制御手段の一例である。【００１１】
また、上記態様の可変光減衰器において、前記磁化の方向が前記ＬＳＭＯ膜の面内［００１］軸方向であり、該ＬＳＭＯ膜の［００１］軸に平行に直線偏光した光が前記基板の側から該ＬＳＭＯ膜に入射される。この態様において、前記磁化制御手段が、前記ＬＳＭＯ膜の［００−１］軸方向に印加する磁場強度を制御するものであり、これにより前記透過率が制御されるとさらに好適である。【００１２】
さらに、上記態様の可変光減衰器において、前記磁化の方向が前記ＬＳＭＯ膜の面内［００−１］軸方向であり、該ＬＳＭＯ膜の［００１］軸に平行に直線偏光した光が前記基板の側とは逆の該ＬＳＭＯ膜の側から該ＬＳＭＯ膜に入射される。この態様において、前記磁化制御手段が、前記ＬＳＭＯ膜の［００１］軸方向に印加する磁場強度を制御するものであり、これにより前記透過率が制御されると好適である。【００１３】
上記各態様により、磁場を印加しない場合には光が透過しないかまたは十分に減衰され、磁場印加によりその強度に応じ透過率を増大させるように透過率を可変に制御することが可能となる。さらに、上記各好適な態様により、磁場を印加しない場合には光が透過せず、磁場印加によりその強度に応じ透過率を可変に制御することが可能となる。【００１４】
加えて、本発明のある態様においては、上記態様のいずれかに記載の可変光減衰器において、前記磁化制御手段が、前記ＬＳＭＯ膜の［００１］軸方向または［００−１］軸方向に印加する電流密度を制御するものであり、これにより前記透過率が制御される。本態様により透過率変化をナノ秒程度の短時間に実行する高速応答が可能となる。【００１５】
そして本発明のある態様においては、前記基板がＳｒＴｉＯ３の組成であると好適である。ＳｒＴｉＯ３を利用することにより、基板に対してエピタキシャルに成長させたＬＳＭＯ膜における分極の向きを、基板に対して垂直方向に透過する透過光に対して有効な向きに向けることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の可変光減衰器は、基板上に形成した膜の電気磁気効果による方向二色性を原理とするため、大面積化が容易であり、透過率を変化させる時以外は外場印加が不要で室温動作可能な可変光減衰器を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のある実施形態の可変光減衰器の構成と、光変調素子の使用時の配置を示す説明図である。図１（ａ）は第１の配置、図１（ｂ）は第２の配置である。
【図２】本発明のある実施形態の可変光減衰器に含まれる光変調素子においてＬＳＭＯ膜の磁化と分極の配置を、光変調素子の膜面から見た向きで示す説明図である。図２（ａ）および（ｂ）はそれぞれ第１および第２の配置の場合である。
【図３】本発明のある実施形態における光変調素子の概略断面図であり、図３（ａ）は全体像を示し、図３（ｂ）はＬＳＭＯ膜の結晶構造を示す拡大図である。
【図４】本発明ある実施形態の可変光減衰器において第１の配置の場合の磁場印加の様子を示す模式図（図４（ａ））と、ＬＳＭＯ膜の透過率の変調の様子を示すグラフ（図４（ｂ））である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る可変光減衰器の実施形態を図面に基づき説明する。当該説明に際し特に言及がない限り、全図にわたり共通する部分または要素には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。
【００１９】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る可変光減衰器の実施形態を図１〜図４を参照して説明する。図１は、可変光減衰器１００の構成および光変調素子１０の使用時の配置を示す説明図である。可変光減衰器１００は、光変調素子１０と磁化制御手段５０とを含んでいる。磁化制御手段５０は、典型的には磁場４の方向と強度を調整することができる任意の手段である。また光変調素子１０では、ＳｒＴｉＯ３の（２１０）面方位の基板１の表面の上にＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３膜２（以下「ＬＳＭＯ膜２」という）を形成する。ここでは、ＬＳＭＯ膜２の具体的な組成についてｘ＝０．３の場合を例として説明する。基板１のＳｒＴｉＯ３の結晶構造は、（２１０）面方位に作製されており、ペロフスカイト構造である。また、ＬＳＭＯ膜２は、基板１の（２１０）表面の上に、基板１の結晶構造に対しコヒーレントに成長させて形成する。
【００２０】
可変光減衰器１００に含まれる光変調素子１０は、第１および第２の配置（configuration）により使用する。図１（ａ）は基板１側から入射光３１Ａを入射する第１の配置、図１（ｂ）は膜２の表面側（膜面側）から入射光３１Ｂを入射する第２の配置をそれぞれ示したものである。第１および第２の配置の出射光は、それぞれ、出射光３２Ａおよび３２Ｂである。入射光３１Ａおよび入射光３１Ｂは、ともにＬＳＭＯ膜２の結晶構造の［００１］軸方向に直線偏光した光である。これらの配置では、光の入射方向に加え、ＬＳＭＯ膜２における磁化の方向も異なっている。つまり、第１および第２の配置は、ＬＳＭＯ膜２の膜中の磁化および分極と、光の入射方向と、磁場印加方向との組合せとして図１（ａ）および図１（ｂ）のように設定される。
【００２１】
図２は、本実施形態の光変調素子１０においてＬＳＭＯ膜２の磁化５と分極６の配置を、光変調素子１０の膜面から見た向きで示す説明図であり、図２（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、第１および第２の配置の場合の磁化５と分極６の配置を図１（ａ）および（ｂ）に対応させて示している。ＬＳＭＯ膜２では磁化方向は膜面内となる。（２１０）基板１上に形成したＬＳＭＯ膜２では後述するように、［−１２０］軸方向に分極６が生じる。この分極６は、図１では手前から奥へ、また図２では紙面上左から右に向かう向きに描いている。なお、ＬＳＭＯ膜２のキュリー温度（ＴＣ）は３６０Ｋであり室温で強磁性を示す。また、その保磁力は２０Ｏｅ（約０．２５Ａ／ｍ）程度である。
【００２２】
次に、本実施形態の可変光減衰器１００のＬＳＭＯ膜２において利用される方向二色性を、第１の配置（図１（ａ）および図２（ａ））の場合について説明する。第１の配置では、磁化５を、図中上向き（［００１］軸方向）としておく。このため、図２（ａ）では右向きの分極６に対し磁化５は上向きであり、磁化５と分極６は膜面内において直交している。第１の配置では、基板１側から入射させる入射光３１Ａに対してＬＳＭＯ膜２の電気磁気効果により出射光３２Ａが弱まることから、透過率が低くなる。これに対し、この第１の配置において膜面側から入射した逆方向入射光（図示しない）に対してはＬＳＭＯ膜２の電気磁気効果は作用せず、出射光（図示しない）は弱まりにくい。これは、逆方向入射光の場合、通常の膜表面の反射と膜自体の吸収以外の減衰を受けず透過するためである。このような伝播方向により透過率が異なる性質が方向二色性である。
【００２３】
方向二色性は、第２の配置（図１（ｂ）および図２（ｂ））の場合にも発現する。第２の配置が第１の配置と異なるのは、図２（ｂ）に示した配置の通り、右向きの分極６に対して磁化５を図中下向き（［００１］軸とは反対向き）とすることである。つまり磁化５を［００１］軸とは反対向きにしておく。このため、第２の配置では図２（ｂ）に示した配置の通りに下向きの磁化５と右向きの分極６となる。この場合、ＬＳＭＯ膜２の側から入射させる入射光３１Ｂに対してＬＳＭＯ膜２の電気磁気効果が作用し、出射光３２Ｂが弱まり透過率が低くなる。これに対し、基板１の側から入射させた逆方向入射光（図示しない）に対しては、ＬＳＭＯ膜２の電気磁気効果は作用せず、出射光（図示しない）は弱まりにくい。
【００２４】
第１および第２の両配置においてみられる方向二色性の原因は、磁化５および分極６の光の進行方向に対する非対称性すなわち非相反性である。このため、本実施形態の光変調素子１０を使用する初期状態の配置を上述した第１または第２の配置のいずれかとする。つまり、入射光３１Ａおよび３１Ｂ、磁化５、および分極６の配置は、出射光３２Ａまたは３２Ｂが弱まりＬＳＭＯ膜２の透過率が低くなる組合せを初期状態に設定する。初期状態は、その状態自体がＬＳＭＯ膜２の磁化５により維持されている。
【００２５】
可変光減衰器１００の典型的な変調動作は、この初期状態から、磁化制御手段５０による外部磁場４（以下「磁場４」という）を利用し透過率を変調するものである。初期状態から、磁化５と反対方向に磁場４を印加すると、上記の第１および第２の配置のいずれの場合でも磁化５が小さくなるかまたは反転し、透過光に対する減衰が弱まる結果、出射光３２Ａまたは３２Ｂが増大する。第１の配置において例示すれば、図１（ａ）の初期状態の［００１］向きの磁化５が、その向きのまま弱まるかまたは［００−１］向きとなり、出射光３２Ａが初期状態に比べ増大する。ここで、透過率を変調するために印加する磁場４の大きさをＬＳＭＯ膜２の保磁力以下とする場合、磁化５は向きが変わらないものの大きさが変わる。したがって、磁場４の印加により磁化５の大きさを制御し、その磁化５の大きさに応じ出射光３２Ａの強度を制御する、という透過率の変調が実現される。しかも、磁場４の印加を停止しても、磁化５はＬＳＭＯ膜２の性質により維持される。このため、可変光減衰器１００は、透過率を変調する時以外は磁場の印加は要さない。
【００２６】
続いて、（２１０）面方位の基板１に形成したＬＳＭＯ膜２における分極６を簡単に説明する。図３は、基板１の紙面上上方にＬＳＭＯ膜２を向けた向きでの光変調素子１０の概略断面図であり、図３（ａ）は全体像を示し、図３（ｂ）はＬＳＭＯ膜２の結晶構造を示す拡大図である。ＬＳＭＯ膜２の膜中においては、図３（ａ）にやや上向きの右矢印により示すように、カチオンが酸素原子のアニオンに対して相対的に変位し、その結果分極も生じる。この分極の膜面内の成分は［−１２０］軸方向である。この原因を基板１およびＬＳＭＯ膜２の結晶格子の方位に注目して説明する。（２１０）面方位の基板１は（０１０）面が約２６．６度傾いた結晶格子を有している。このため、図３（ｂ）に示すように、基板１の面の上にコヒーレントに形成したＬＳＭＯ膜２も、（Ｌａ，Ｓｒ）Ｏ−ＭｎＯ２−（Ｌａ，Ｓｒ）Ｏ−ＭｎＯ２−…というように、（Ｌａ，Ｓｒ）Ｏの原子面とＭｎを含むＭｎＯ２原子面とが交互に積層されている。なお、（Ｌａ，Ｓｒ）は、ペロフスカイトのＡサイトをＬａまたはＳｒがランダムに占めていることを意味する。また、上記の交互の積層は、ＬＳＭＯ膜２の面の法線方向（基板面直方向）に向かって積層されている。このようなＬＳＭＯ膜２の結晶においては面内の対称性が破れる。その結果、図３（ｂ）の原子積層面において（Ｌａ，Ｓｒ）、Ｍｎそれぞれに付した矢印のように、（Ｌａ，Ｓｒ）、Ｍｎが空間的に変位する。そしてこの変位と同方向に、つまり、［−１２０］軸からやや積層方向に傾いた方向、すなわち［−１１０］軸方向に、分極６が生じるのである。本実施形態の可変光減衰器１００において、分極６は、主として基板１の結晶格子の向きに対応して定まる。
【００２７】
ここで（２１０）基板１として採用可能な材質は、ＬＳＭＯ膜２の結晶をエピタキシャル成長させるために適する任意の材質である。このような材質の例は、（ＬａＡｌＯ３）０．３（ＳｒＡｌ０．５Ｔａ０．５Ｏ３）０．７（ＬＳＡＴ）やＳｒＴｉＯ３を含んでいる。特にＳｒＴｉＯ３を採用することは、ＬＳＭＯ膜２に発生した分極６が、垂直方向の透過光にとって有効に利用される点において有利である。すなわち、基板１からの伸張歪がＬＳＭＯ膜２に影響すると分極６の基板表面からの角度は約１８．４度となる。その結果、光変調素子１０に対して垂直方向に伝播する透過光に対して作用する分極６の膜面内への射影成分は、分極６の大きさの約９５％程度まで高まり、生成された分極６の大半が透過光への非相反性に寄与する好適な構成となる。また、入射光に対する光変調素子の角度を任意に設定可能な場合には、（２１０）面内の磁化と基板表面から約１８．４度傾いた分極６がつくる平面（すなわち（１１０）面）に対し垂直に透過光が伝播するよう入射角を設定することにより、非相反性による強度変化をいささかたりとも減ずることなく利用することが可能である。
【００２８】
ちなみに、上記分極６のような分極は、例えば面内が４回対称である（１００）面方位の基板の面にコヒーレントに形成された薄膜では得られないことを付記しておく。さらに、変形例として後述するスピン注入磁化反転を利用しても、図４（Ｂ）に関連して上述した透過率の中間的な制御することが可能である。
【００２９】
次に、第１の配置（図１（ａ）および図２（ａ））を例に、磁化と反対方向に磁場４を印加し透過率を変調する様子を、図４を参照して説明する。図４は、可変光減衰器１００において第１の配置の場合の磁場印加の様子を示す模式図（図４（ａ））と、ＬＳＭＯ膜の透過率の変調の様子を示すグラフ（図４（ｂ））である。図４（ａ）に示すように、磁場４の印加により磁化５がその方向を保ちながら強度を減少させる。つまり、磁化５および分極６は、左端の（ａ１）に示した磁場４の印加前から、（ａ２）、（ａ３）…と磁場４を増加させるにつれて、磁化５が方向を変えず小さくなる。ここで印加される磁場４はＬＳＭＯ膜２の保磁力以下としている。この磁化５の変化に対応しＬＳＭＯ膜２の透過率が変化する。つまり、透過率は、磁場４の増大に応じ、図４（ｂ）に模式的に示すように増大する。このように、可変光減衰器１００の動作においては、磁化５と反対向きの磁場４を印加することにより磁化５の大きさを制御し、最終的にＬＳＭＯ膜２を有する光変調素子１０の透過率を変化させることが可能となる。
【００３０】
なお上述したように、磁場４の印加などの磁化制御手段の動作を要するのは透過率をそれまでの値から変更する必要があるタイミングのみである。磁化制御手段が外部磁場を制御するものである場合、ＬＳＭＯ膜２が磁化５を保持する強磁性体であるため、保磁力よりも弱い範囲で磁場４の印加を停止させればその停止時点の磁化５の強度が維持される。これに応じて透過率も、図４（ｂ）に矢印により示したように、印加した磁場を弱めて０とした後にも維持される。この透過率は、多段階または連続的に変調することも可能となる。また、図４に関連する説明は第１の配置の場合のみ示したが、第２の配置においても同様のメカニズムにて透過率を制御することが可能である。
【００３１】
そして、本実施形態の可変光減衰器１００が含んでいる光変調素子１０の作製方法を説明する。本実施形態の光変調素子１０は、ＳｒＴｉＯ３（２１０）面方位基板を基板１として、ＬＳＭＯ膜２を堆積させることより作製することができる。具体的には、ＬＳＭＯ膜２をレーザーアブレーション法により形成する。ＬＳＭＯ膜２のためのターゲット材は、固相反応法により作製したＬＳＭＯの多結晶材料を採用する。最初に真空チャンバー内にＳｒＴｉＯ３（２１０）基板を取り付けた後、例えば３×１０−９Ｔｏｒｒ（４×１０−７Ｐａ）以下に真空排気する。その後、高純度の酸素ガスを１ｍＴｏｒｒ（０．１３３Ｐａ）導入し、例えば到達温度９００℃程度の温度に基板を加熱する。続いて、例えば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザなどのレーザーを、ＬＳＭＯのターゲットに照射することにより、ＬＳＭＯ膜２として任意の原子層だけＬＳＭＯを形成することができる。ここで、ＬＳＭＯの膜厚つまり原子層数の制御は、事前に検討したレーザーパルスのショット数と原子層数との間の関係に基づき決定することができる。このような成膜工程により、光変調素子１０を形成することができる。
【００３２】
＜本実施形態の変形例：他の磁化制御手段＞
上記実施形態の説明において、可変光減衰器１００の磁化５を制御するために磁化制御手段５０による外部磁場を利用した。本発明の実施形態は、上述した可変光減衰器１００とは異なり、外部磁場以外の磁化制御手段により、同様の動作を行わせることも可能である。本実施形態の典型的な変形例は、スピン注入磁化反転を利用し磁化５および透過率を制御するものである。
【００３３】
ＬＳＭＯ膜２はスピンが偏極したいわゆるハーフメタルでもあることから、スピン注入による磁化反転も利用可能である。つまり、スピン分布が偏っている電流をＬＳＭＯ膜２に対し注入することにより、磁化５の方向または強さを制御する。ただし、スピン注入磁化反転を生じさせるためには電流密度をある閾値よりも増大させなくてはならない。電流密度を十分に大きくしてスピン注入磁化反転を行なうためには、例えば磁化反転させる領域を制限することが有効である。一例として、膜厚を１００ｎｍとし、［−１２０］軸方向に延びる１０μｍ幅のストライプ状パターンにＬＳＭＯ膜２を形成するとする。この場合、ＬＳＭＯ膜２の断面積は１００ｎｍ×１０μｍであり、面積は１μｍ２となる。この程度の断面積であれば電流注入による磁化反転のための閾値を超す電流密度を印加することが可能となる。
【００３４】
具体的には、ＬＳＭＯ膜２の［００１］軸方向に離間された１対の電極を設ける。その際、その１対の電極を上記ストライプ状のパターンのＬＳＭＯ膜２に接触させるために、一方の電極においてはＩｒＭｎ等の反強磁性体のピン止め層（ピン止め部）を介在させて接続し、他方の電極は直接接続する。このような構成により、ＬＳＭＯ膜２の磁化と反対向きにピン止めされた磁化を利用したスピン注入磁化反転を生じさせることが可能となる。すなわち、上記他方の電極から片側の電極から電流を印加する、つまり上記一方の電極から電子を流すことにより、ピン止め層に接触するＬＳＭＯ２層からは、ピン止め層と接触していないＬＳＭＯ２層のスピンとは逆に偏極したスピンを有する電流（スピン流）が流れ込み、ピン止め層と接触していないＬＳＭＯ膜２の磁化を反転することが可能となる。なお、初期状態に膜の磁化方向を揃えるには、これとは極性の異なる電流を印加すればよい。このようなスピン注入磁化反転の原理に基づく磁化制御手段を利用することにより、高速な光の透過率の制御を行うことも可能となる。
【００３５】
＜本実施形態の変形例：ＬＳＭＯ膜の組成範囲＞
また、ＬＳＭＯ膜２のＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３は上記説明のｘ＝０．３以外の範囲のものを採用することも可能である。具体的には、０．１＜ｘ＜０．７の組成範囲が使用可能である。というのは、上記組成範囲において、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３は強磁性相を示すからである。さらに０．１＜ｘ＜０．１７の組成範囲においてはＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３は強磁性絶縁相を示すため好適である。これは、ＬＳＭＯ膜２において導電性が高い場合に増加する変調不能な吸収を削減することができるためである。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の可変光減衰器１００は大面積化が容易であり、透過率を変化させる時以外は外場印加が不要で室温動作可能な可変光減衰器が実現可能となる。上述の各実施形態は、発明を説明するために記載されたものである。なお、薄膜や基板の材料やその組成、膜厚、形成方法、磁場印加手段の具体的種類、形成方法等は、上記実施形態に限定されるものではない。むしろ、本出願の発明の範囲は、請求の範囲の記載に基づき定められるべきものである。また、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、可変光減衰器を利用する任意の装置に適用される。
【符号の説明】
【００３８】
１００  可変光減衰器
１０  光変調素子
１  （２１０）面方位基板
２  ＬＳＭＯ膜
３１Ａ、３１Ｂ  入射光
３２Ａ、３２Ｂ  出射光
４  磁場（外部磁場）
５  磁化
６  分極
５０  磁化制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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