(57)【要約】  誘電体媒体の屈折率における変化を検出するためのデバイスであって：誘電体媒体（２００）と接触して配置されるべく準備された少なくとも１つの金属層（３００）と、ＴＭ偏光された光を前述の種の金属層に向けて、その光が前述の種の金属層上において反射されるように指向する少なくとも１つの光源（２０）と、結合手段（１０）と、金属層によって反射された光を受光し、かつ前述の種の光の少なくとも１つの特徴を検出するべく構成された少なくとも１つの検出器（３１）とを包含する。本発明によれば、金属層が強磁性材料を含む。本発明は方法にも関係する。
2008501965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体媒体（２００）の屈折率における変化を検出するためのデバイスであって、
前記誘電体媒体（２００）と接触して配置されるべく構成された少なくとも１つの金属層（３００）と、
ＴＭ偏光された光を前述の種の金属層に向けて、前記光が前述の種の金属層と遭遇するように指向する少なくとも１つの光源（２０）と、
前記光が前記金属層と遭遇するときに前記光が前記金属層上における表面プラズモン共鳴を励起できるように、前述の種の光源（２０）および前述の種の金属層（３００）に関連付けされた結合手段（１０）と、
前記金属層にわたって反射された光を受光し、かつ前述の種の光の少なくとも１つの特徴を検出するべく構成された少なくとも１つの検出器（３１）と、
を含み、
前記金属層が強磁性材料を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
さらに前記デバイスが、前記金属層（３００）を磁化するべく構成された磁化手段（５０）を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記磁化手段（５０）が、前記金属層を極配置で磁化するべく構成されていることを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記磁化手段（５０）が、前記金属層を縦配置で磁化するべく構成されていることを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記磁化手段（５０）が、前記金属層を横配置で磁化するべく構成されていることを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
【請求項６】
前記磁化手段（５０）が、前記金属層（３００）の磁化状態を連続的に変更できるべく構成されていることを特徴とする請求項３から５のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項７】
さらに、前記反射された光の少なくとも１つの前述の種の特徴に対応する前記検出器（３１）からの出力信号（３２）を処理するべく構成された電子データ処理手段（４１）を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項８】
前記電子データ処理手段（４１）が、前記磁化手段と同期され、その結果、前記反射された光の少なくとも１つの前述の種の特徴における変化が前記金属層（３００）の磁化状態における変化と同期して分析されることを特徴とする請求項６または７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記検出器が、前記反射された光の、少なくとも回転（ｒ）および／または楕円率（ｅ）における変化を検出するべく構成されていることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記検出器が、前記反射された光の回転（ｒ）および／または楕円率（ｅ）における変化を少なくとも検出するべく構成されていることを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記検出器が、前記反射された光の強度（Ｒｐｐ）を検出するべく構成されており、かつ前記電子データ処理手段が、２つの与えられた横磁化状態の間の前記反射された光の強度における差（ΔＲｐｐ）を決定するべく構成されていることを特徴とする請求項５または８に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記電子データ処理手段が、前記反射された光の強度における前述の種の差（ΔＲｐｐ）と前記反射された光の基準強度（ＲｐｐＲＥＦ）の間の比（δｐｐ）を計算するべく構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前述の種の検出された光の少なくとも１つの特徴から前記誘電体媒体の前記屈折率（ｎｄ）における変化を、前記金属層（３００）上の前記光の入射角（θ）の関数として検出するべく構成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１４】
前述の種の検出された光の少なくとも１つの特徴から前記誘電体媒体の前記屈折率（ｎｄ）における変化を、前記金属層（３００）にわたって反射される前記光の波長の関数として検出するべく構成されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１５】
前記金属層が、強磁性材料の層であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１６】
前記金属層が、少なくとも１つの強磁性材料と、少なくとも１つの非強磁性材料との合金であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１７】
前記金属層が、金属媒体内に埋め込まれた磁性粒子によって形成されることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１８】
前記金属層が、誘電体媒体内に埋め込まれた強磁性材料を伴う金属粒子のセットによって形成されることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１９】
複数の重ね合わされた金属層を含み、前述の種の層少なくとも１つ（３００）が強磁性材料を有することを特徴とする請求項１から１８のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項２０】
誘電体媒体の屈折率における変化を検出するための方法であって、
ＴＭ偏光された光を金属層（３００）に向けて、前記光が前記金属層に遭遇したときに前記金属層上における表面プラズモン共鳴を励起できる態様で、かつ前記光の少なくとも一部が前記金属層により検出器（３１）に向けて反射される態様で、選択された結合手段を介して指向するステップと、
前記検出器を用いて、前述の種の反射された光の少なくとも１つの特徴を検出し、前述の種の特徴の少なくとも１つに対応する少なくとも１つの検出信号（３２）を生成するステップと、
前述の種の検出信号を分析し、前述の種の信号から、前記誘電体媒体の前記屈折率に関係する少なくとも１つの解釈を決定するステップと、
を含み、
前記金属層（３００）に強磁性材料を含む層が使用されることを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記金属層（３００）を磁化するためのステップを含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記金属層が、極配置で磁化されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記金属層が、縦配置で磁化されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記金属層が、横配置で磁化されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記金属層（３００）の磁化状態が、連続的に変更されることを特徴とする請求項２２から２４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２６】
前記誘電体媒体の前記屈折率に関係する少なくとも１つの前述の種の解釈が、
前記屈折率の絶対値および／または、
前記屈折率に変化が生じたか否かの表示および／または、
前記屈折率における変化の大きさの表示を含むことを特徴とする請求項２０から２５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２７】
前記検出信号を分析するステップが、前記磁化状態の変更と同期して実行され、その結果、前述の種の信号における変化が前記金属層（３００）の磁化状態における変化と同期して分析されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記反射された光の、少なくとも回転（ｒ）および／または楕円率（ｅ）における変化が分析されることを特徴とする請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記検出信号が前記反射された光の強度（Ｒｐｐ）を示すことを特徴とし、かつ前記検出信号を分析するステップが、２つの異なる横磁化状態の間の反射された光の強度における差（ΔＲｐｐ）を決定すること、および前述の種の差を前記誘電体媒体の前記屈折率に関係させることを含むことを特徴とする請求項２４または２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記検出信号を分析するステップが、前記反射された光の強度における前述の種の差（ΔＲｐｐ）と、前記反射された光の基準強度ＲｐｐＲＥＦの間の比（δｐｐ）を計算することを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
強磁性材料を含む前記金属層（３００）が、複数の金属層の一部であることを特徴とする請求項２０から３０のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面プラズモン共鳴現象に基づいて、誘電体媒体の屈折率の変化を検出する分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面プラズモン共鳴（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＳＰＲ）の検出による金属表面に隣接する誘電体媒体の屈折率変化の検出は周知である。
【０００３】
表面プラズモン波は、金属が自由電子気体と類似に振る舞う金属と誘電体の界面において伝播する磁気的なＴＥＭ波（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｗａｖｅ）である。プラズマ波は、それが励起されるために必要な条件を定義する伝播ベクトル（波ベクトル）によって特徴記述される。金属および誘電体の媒体が半無限であれば、プラズモンの伝播ベクトルｋＳＰが次式で与えられる。
【０００４】
【数１】
2008501965.tif 000003
【０００５】
これにおいてλは波長、ｎｍおよびｎｄは、それぞれ金属および誘電体の屈折率である（かつεｍおよびεｄはそれらの誘電体定数であり、ｎ＝ε１／２）。
【０００６】
プラズモン共鳴現象が生成されるためには、金属の誘電体定数の実数部が負、すなわちＲｅ［εｍ］＜０、かつＲｅ［εｄ］＜‐Ｒｅ［εｍ］であり、生成される波がＴＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ  ｍａｇｎｅｔｉｃ）でなければならない。これらの条件は、いくつかの金属について充足され、その中でも最も広く使用されているものは金および銀である。表面プラズマ波の電磁界は、それが金属と誘電体の界面内において最大強度を有すること、および両方の媒体内において指数関数的に減衰することによって特徴記述され、図１に簡単に示したようになる（この図は、金属１００と誘電体媒体２００の界面内における波の指数関数的減衰を示している）。
【０００７】
その結果として、表面プラズマ波の励起は、誘電体媒体の誘電体定数（もしくは屈折率）に強く依存することになる。
【０００８】
これらの表面波を励起するいくつかの方法があり、たとえば電子もしくは光を用いる。しかしながらこの表面プラズモン波の励起は、金属上において直接反射する光によって引き起こすことができない。その理由は、光の波ベクトルが次式に従うことによる。
【０００９】
【数２】
2008501965.tif 000004
【００１０】
これにおいてθは光の入射角、λは波長である。励起を生じさせるためには、両方の波ベクトルが等しくなければならない。プラズモンの波ベクトルと光の波ベクトルを比較すると、光の任意の入射角について次の関係が成立する。
【００１１】
【数３】
2008501965.tif 000005
【００１２】
光を用いて表面プラズモンを励起するためにいくつかのテクニックが使用されているが、中でも次のものを強調することができる。
【００１３】
（ａ）プリズム結合（図２内に図式的に示されている）：屈折率ｎｐおよび誘電体媒体２００の誘電体定数より大きい誘電体定数εｐ（εｐ＞εｄ）を伴うプリズム１０が使用されて光学的変化が作られ、かつ特定の厚さの（使用される光の波長ならびに金属に依存する）薄い金属プレートまたは層がプリズム１０と誘電体媒体２００の間に介挿される。図２において、ｋｘ０は空気中の光波ベクトルの反射表面に平行な成分であり（かつε０は空気の誘電体定数であり）、ｋｘｐはプリズム内の光波ベクトルの反射表面に平行な成分であり（かつεｐはプリズムの誘電体定数であり）、ｋＳＰはプラズモンの伝播ベクトルである。
【００１４】
励起は、プリズムと金属の間における界面上の光の完全内部反射によって生じ、測定が行われるプラズモンが金属と誘電体の媒体の界面上に生成される。この構成において金属層の厚さは、プラズモン共鳴を獲得するための基本的なパラメータである。最適な厚さは、いくつかの方法によって評価可能であり、たとえばＭ．シューベルト（Ｍ．  Ｓｈｕｂｅｒｔ）による論文『ポーラリゼーション・デペンデント・オプティカル・パラメータズ・オブ・アービトラリリィ・アニソトロピック・ホモジーニアス・レイヤード・メディア（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ‐ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ｏｆ  ａｒｂｉｔｒａｒｉｌｙ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  ｌａｙｅｒｅｄ  ｍｅｄｉａ）』（フィジカル・レビューＢ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ）、第５３巻、ｐ４２６５（１９９６年））の中に記述されている数学的形式を介して行うことができる。
【００１５】
（ｂ）金属層上にグリッド等の周期的構造を設計する。この態様においては、光の回折現象が生じ、当該周期的構造に遭遇して光波ベクトルの増加を導く。
【００１６】
【数４】
2008501965.tif 000006
【００１７】
これにおいてΛは周期的構造の周期であり、Ｎは光の回折の次数である。この方法の場合には金属層の厚さが非常に重要なパラメータとはならないが、周期的構造の周期ならびに深度が重要になる。
【００１８】
（ｃ）導波管もしくは光ファイバ上において光をガイドする。励起は、導波管または光ファイバのコア内に閉じ込められた光のエバネッセント場を介して生じる。
【００１９】
光の入射によって表面プラズモンを励起するこれらの形式は、誘電体媒体の屈折率における変化を測定／検出するシステムにおいて（おそらくは、特にプリズム結合ベースのシステムにおいて）従来的に使用されている。
【００２０】
これらの測定および検出システムは、プラズモン共鳴の励起条件が誘電体媒体の屈折率ｎｄに依存するという事実を基礎としている。このことは、屈折率が変化した場合に、プラズモンの励起条件もまた変化することを意味する。この共鳴条件における変化は、たとえばプリズム結合の構成において、波長を一定に維持し、金属層によって反射される光を光の入射角の関数として分析することなどによるいくつかの異なる方法で検出可能である。
【００２１】
図３Ａは、誘電体媒体の屈折率における変化を検出する周知の構成であり、トランスバースマグネティック偏光（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）（『ＴＭ偏光』、『ｐ偏光』としても知られる；すなわち光の入射面内に電界を伴う）を伴う単色光源２０、および光強度検出器３０を包含し、光強度検出器３０は、その出力における信号を分析するべくセットアップされた電子データ処理手段４０に接続されている。それに加えて、この構成は、結合プリズム１０、プリズム１０の表面上に配置された薄い金属層１００（通常は金）、および金属層の反対側、すなわちプリズム１０と接触しない側の金属層の表面と接触している誘電体媒体２００（たとえば流体）を包含する。光２１は、金属層に遭遇すると反射され、反射光は光検出器３０に遭遇し、それがその強度を検出し、続いてそれが電子データ処理手段４０によって記録される。
【００２２】
図３Ｂは、光源２０に対してプリズム１０および金属層１００を回転し、光２１の入射角θを変更可能にする方法を図式的に示している（これは、光源および／またはプリズム１０および金属層１００によって形成されるユニットを移動することによって達成できる）。
【００２３】
上記の説明から判断されるとおり、光を用いたプラズモン励起の条件は、光の波長、入射角θ、および屈折率ｎｄといったいくつかのファクタに依存する。図示の構成が小さい入射角から開始され、この角度が増加される場合には、プリズム１０上の光の全反射点に到達し、金属プレートまたは層１００の界面が生じる。この角度から継続して入射角θを増加すると、反射強度に強い低下が生じ、他方の金属界面上における表面プラズマ波の励起に一致する最小値に達する。プラズモン共鳴の励起条件が入射角θおよび誘電体媒体の屈折率（ｎｄ）の両方に依存するものとし、ほかの変量（たとえば、金属層の誘電体定数εｍおよびそのほかの特徴、光の波長等）が一定に維持されるとした場合には、誘電体媒体の屈折率（ｎｄ）における変化が、入射角θにおける変化に対応することになり、それについて反射光の強度の最小値が生じることになる。
【００２４】
図４は、２つの異なる屈折率（ｎｄ１、ｎｄ２；ただしｎｄ１＜ｎｄ２）について、入射角θの関数としてＴＭ偏光に対する（前述の構成の検出器３０を用いて測定した）反射光の強度Ｒｐｐの関係を示した２つの曲線を示している。この図から観察できるとおり、屈折率におけるｎｄ１からｎｄ２への増加が、プラズモン励起が生じる入射角の増加に起因して、Ｒｐｐ（θ）曲線の図において右側への特定のシフトを伴って示されている。この態様においては、θを掃引することによって、プラズモン励起を生じる角度における変化を検出することが可能であり、その種の変化は、誘電体媒体２００の屈折率における変分に関連付けることができる。
【００２５】
言い換えると、共鳴を生じるシフト角の定量化は、屈折率の変化の測定量を提供する。他方、これらの共鳴角の変化が検出可能な感度は、共鳴曲線がいかに狭いかに依存する。その曲線が狭いほど感度が高く、この場合であればそれが使用されている金属、層の厚さ、および光の波長に依存することになる。一般に使用される構成は、５０ｎｍの金の層、および波長６３２ｎｍの光である。
【００２６】
屈折率における変化を検出する代替方法は、入射角θを一定に維持して反射率の変化を測定する（図４のケースであれば、たとえば、入射角θ＝７２度に維持することを決定した場合に、ｎｄ１からｎｄ２への屈折率における増加が反射率の増加として検出されることになる）。手前のケースと同様にこのセンサの感度は、共鳴ピークがいかに狭いかに依存する。
【００２７】
入射角θの変更に代えて、光の波長を変化させた場合にもまったく同じことが生じ、金の層に隣接する誘電体媒体の屈折率が変化するとき、共鳴ピークの移動が現れる。このことはまた、周期的構造あるいは導波管を用いた励起のケースにも当て嵌まる。
【００２８】
表面プラズモン共鳴を基礎とする屈折率における変化を検出するためのシステムは非常に多数存在する。それらのシステムの例を、ＵＳ−Ａ−５９１２４５６、ＵＳ−Ａ−５４８５２７７、ＵＳ−Ａ−２００３１０３２０８に示す。
【００２９】
当然ではあるが、この種のセンサの直接応用は（屈折率の変化を測定するための）屈折率測定器である。しかしながら、現時点におけるこの種のセンサのもう１つの重要な応用は、バイオセンサまたは化学センサである。誘電体媒体内の表面プラズマ波のエバネッセント場の浸透距離は、１００ｎｍ周辺である。したがって、金属層表面上で生じる生体分子相互作用が表面の屈折率を局所的に修飾する。この変分もまた、プラズモンの伝播ベクトルにおける変化をもたらし、その結果として共鳴条件における変化をもたらす。この変化は、前述の方法によって検出可能である。
【００３０】
図５に図式的に示されているとおり、バイオセンサとしての使用は、金属層１００の表面上のレセプタ生体分子２１０の事前の固定化を基礎とすることができる。これらのレセプタ生体分子は、金属層が接触している液体内に存在し得る、検出されることになる検体分子２２０と選択的に結合することが可能である。検体分子２２０がレセプタ生体分子２１０と結合するとき、金属表面の屈折率においても局所的な変化が生じ、それもまたプラズモン共鳴条件を変化させることになる。
【００３１】
現在、複数の市販デバイスがあり、また異なるタイプの測定構成およびこの種のセンサの応用について記述した非常に多数の論文が存在する。
【００３２】
【特許文献１】米国特許第５，９１２，４５６号
【特許文献２】米国特許第５，４８５，２７７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
表面プラズモン共鳴センサは、概して、屈折率における変化の検出をはじめ低い生体分子濃度に対して高感度である。しかしながら、しばしばそれらが有する感度が不充分なことがあり、たとえば現在のところ、周知のセンサがバイオセンサとして使用されたとき、１０‐５より低い屈折率の変化ならびに低い（原子質量１０００単位より低い）分子量を伴う分子の検出に問題を有する。このことは、化学的有毒物質あるいは環境汚染作用因等の特定の物質の検出が複雑であり、（前述のテクノロジを使用して）直接かつ適切に実施できないことを意味する。
【００３４】
上記の問題を解決するために本発明は、表面プラズモン共鳴センサの感度限界を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
そのために本発明は、貴金属（金、銀等）だけが表面プラズマ波を作り出すわけではないという事実を利用する。そのほかにも強磁性金属（たとえば、鉄、コバルト、またはニッケル）等の他の金属があり、それらは表面プラズマ波を作り出すことを可能にするいくつかの光学的特性を有している。しかしながらそれらのプラズモンは、波長を６３２ｎｍとし、５０ｎｍの金（Ａｕ）層の場合の入射角θおよび２０ｎｍのコバルト（Ｃｏ）の場合のそれに従って（これらの層に隣接する誘電体媒体の２つの異なる屈折率ｎｄ１およびｎｄ２について；ただしｎｄ１＜ｎｄ２）ＴＭ偏光された光の反射率（Ｒｐｐ）を比較した図６に示されているとおり、非常に広いプラズモン共鳴曲線に翻訳される高い減衰を示す。これらの広い曲線は、第１に屈折率における変化の検出感度が低いことを含意する。
【００３６】
しかしながら強磁性材料は、磁気光学的な活性材料であり、すなわちそれらが磁化状態の変化をもたらす磁界にさらされているとき、それらと相互作用する光の光学特性を変更することができる。これらの材料の代表的な効果は、磁性材料によって反射ならびに透過される光の偏光面の回転、すなわちそれぞれカーもしくはファラデー回転をはじめ、反射率ならびに透過率における変化、および二色性または副屈折効果である。
【００３７】
前述したとおり、強磁性材料内の表面プラズマ波は高い吸収を有するが、以下の論文に示されているとおり概して、それらの層上においてプラズモンが励起されるときに、磁気光学効果を大きく増加させることができる。
【００３８】
Ｐ．Ｅ．ファガーソン（Ｐ．Ｅ．  Ｆｅｒｇｕｓｏｎ）、Ｏ．Ｍ．スタップサッド（Ｏ．Ｍ．  Ｓｔａｐｓｕｄｄ）、およびＲ．Ｆ．ウォリス（Ｒ．Ｆ．  Ｗａｌｌｉｓ）著、『エンハンスメント・オブ・ザ・トランスバース・カー・マグネト‐オプティック・エフェクト・バイ・サーフェス・マグネトプラズマ・ウェーブズ（Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｋｅｒｒ  ｍａｇｎｅｔｏ‐ｏｐｔｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ  ｂｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｍａｇｎｅｔｏｐｌａｓｍａ  ｗａｖｅｓ）』、フィジカ（Ｐｈｙｓｉｃａ）、第８９Ｂ巻、ｐ．９１‐９４、（１９７７年）
【００３９】
Ｃ．ハーマン（Ｃ．  Ｈｅｒｍａｎｎ）、Ｖ．Ａ．コソブキン（Ｖ．Ａ．  Ｋｏｓｏｂｕｋｉｎ）、Ｇ．ランペル（Ｇ．  Ｌａｍｐｅｌ）ほか著、『サーフェス‐エンハンスド・マグネト‐オプティックス・イン・メタリック・マルチレイヤ・フィルムズ（Ｓｕｒｆａｃｅ‐ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｍａｇｎｅｔｏ‐ｏｐｔｉｃｓ  ｉｎ  ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｆｉｌｍｓ）』、フィジカル・レビューＢ（Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｂ）、第６４巻、２３５４２２（２００１年）
【００４０】
磁気光学効果は、磁化の向きに依存する。図７Ａ〜７Ｃは、ＴＭ偏光された光線２１（すなわち、電界が光の入射平面２２内となる）が遭遇する強磁性材料の層３００の磁化を簡単に示している。図７Ａ：極配置、すなわち磁化Ｍが層平面に対して垂直になる。図７Ｂ：縦配置、すなわち磁化Ｍが光の入射平面２２と平行、かつ層平面と平行になる。図７Ｃ：横配置、すなわち磁化Ｍが光の入射平面２２と垂直、かつ層平面と平行になる。
【００４１】
したがって、プラズモンが励起されるときのその種の磁気光学効果は、次のように分けることができる：
【００４２】
（ａ）磁化が極配置の場合の反射光の偏光面の回転ならびに楕円率における増加。図８は、この場合は２０ｎｍのコバルト層とする強磁性材料の層の上のプリズム結合構成、および極磁化の場合の回転『ｒ』および楕円率『ｅ』の例を光２１の入射角θの関数として示している。
【００４３】
（ｂ）磁化が縦配置の場合の反射光の偏光面の回転ならびに楕円率における増加。この配置における磁気光学効果は、概して極配置より低い。
【００４４】
（ｃ）磁化が横配置のとき、ＴＭ偏光された光について反射率Ｒｐｐの相対変分δｐｐが増加し、基準磁化状態（Ｍｒｅｆ）における反射率によって除した、与えられた２つの横磁化状態（Ｍ１およびＭ２）の反射率（Ｒｐｐ）における差として定義することができる：
【００４５】
【数５】
2008501965.tif 000007
【００４６】
これら２つの与えられた磁化の状態は、逆方向の磁化Ｍの飽和に対応するものとすることが可能であり、すなわち：
【００４７】
【数６】
2008501965.tif 000008
【００４８】
しかし、非逆磁化状態において反射率を測定することも可能であり、たとえば：
【００４９】
【数７】
2008501965.tif 000009
【００５０】
基準の反射率に関して言えば、通常、次のように考えられる：
【００５１】
【数８】
2008501965.tif 000010
【００５２】
とはいえ、一般には、特に次式を使用することができる：
【００５３】
【数９】
2008501965.tif 000011
【００５４】
図９は、反射率の相対変分
【００５５】
【数１０】
2008501965.tif 000012
【００５６】
について、プリズム結合構成、２０ｎｍのコバルト層、および横磁化配置の場合のそれを光の入射角θの関数として示している。したがって、この測定構成では、状態Ｍ１およびＭ２の間における横磁化状態の連続した変化が必要になるが、それは、たとえば層上に回転磁化を誘導することによって獲得可能である。
【００５７】
表面プラズモン波の存在下におけるその種の磁気光学効果の増加は、たとえば、米国特許第３，６３６，５３５号および米国特許第３，５４５，８４０号に開示されているとおり、磁気媒体内に記録された情報を再生するための磁気光学トランスデューサに使用されている。
【００５８】
本発明は、表面プラズモン共鳴を基礎とする屈折率センサの感度を向上させるために表面プラズマ波の存在下における磁気光学効果を利用する革新的なアイデアを基礎とする。言い換えると本発明は、強磁性金属の磁気光学効果と、金属と誘電体の間の界面における表面プラズモン共鳴の組み合わせを基礎とする。これら２つの現象の結合は、磁気光学効果における増加をもたらす。磁気光学効果におけるその種の増加は、従来的なプラズモン共鳴と同様に、表面プラズモンと接触している誘電体媒体の屈折率に依存する。磁気光学効果における増加は、プラズモン共鳴の中に非常に局在化されることになる。したがって、屈折率における変化に極めて敏感になり、センサの感度限界を高めることが可能になる。その結果、屈折率における小さい変化が測定される磁気光学効果に大きな変分をもたらす。
【００５９】
このように本発明の第１の態様は、誘電体媒体の屈折率における変化を検出するためのデバイスに関する。このデバイスは、少なくとも以下のコンポーネントを包含する：
【００６０】
誘電体媒体と接触するべく（たとえば、誘電体媒体との直接接触、または保護効果を有することができる１もしくはいくつかの追加の層によって誘電体媒体と離隔されて）配置された少なくとも１つの金属層。
【００６１】
光がその種の金属層上において反射されるように、その種の金属層に向けてＴＭ偏光された光（『ＴＭ偏光』、『ｐ偏光』としても知られる；すなわち光の入射面内に電界を伴う）を指向するべく構成された少なくとも１つの光源。
【００６２】
その種の光源とその種の金属層に、光が金属層に遭遇したとき金属層上において表面プラズモン共鳴を励起することができるように関連付けされた結合手段。その種の結合手段は、測定が行われることになる誘電体媒体より大きい屈折率を伴うプリズムから構成することが可能である（金属層は、光がプリズムを通ってその層に到達するようにプリズム表面の１つに堆積することが可能である）。それに代えて結合手段を、光が遭遇する金属層の表面上のグリッド等の周期的構造から、あるいは光を受光し、その結果、光が導波管を通って伝播し、そのエバネッセント場が金属層（１ないしは複数）上のプラズモンを励起することができる導波管もしくは光ファイバから構成することができる。このタイプのデバイスには、現在、非常に多数の結合手段が使用されており、それらの手段を従来的な態様で本発明に直接適用することが可能である。
【００６３】
金属層によって反射された光を受光し、かつその種の反射された光の少なくとも１つの特徴（たとえば、回転、楕円率、および／または強度）を検出するべく構成された少なくとも１つの検出器。この検出器は、検出した特徴の値に関係する（たとえば比例する）出力信号を生成することができる。
【００６４】
本発明によれば、金属層（または、いくつかの金属層が存在する場合には少なくともその１つ）が強磁性材料（たとえば、鉄、コバルト、またはニッケル）を有する。たとえば、金属層を：強磁性材料から作ることができる（１つの強磁性材料だけ、もしくはいくつかの強磁性材料の組み合わせ）；少なくとも１つの強磁性材料および少なくとも１つの非強磁性材料の合金とすることができる；金属媒体内に埋め込まれた磁性粒子（たとえば、ナノ粒子、マイクロ粒子等）から形成することができる（たとえば、金の中にコバルト粒子を埋め込む）；あるいは、誘電体媒体内に埋め込まれた強磁性材料を有する金属粒子のセットから形成することができる。
【００６５】
強磁性材料は、一見すると現在使用されている金属（主として金および銀；これらは、反射率の中において強磁性材料によって示されるよりはるかに狭いプラズモン共鳴曲線を示す）よりこのタイプの応用に適していないように思われる事実に反し、それらの使用は、プラズモン共鳴による磁気光学効果の増加を利用すれば、感度の増加を可能にする。このように、本発明に従い、好適に磁化される強磁性材料を伴う層を用いたセンサまたは検出器は、感度における大きな増加をもたらすことを可能にする。
【００６６】
このデバイスは、金属層を磁化するべく構成された磁化手段を包含する。これらの磁化手段は、デバイスの汎用コントロール・システムによってコントロール可能であり、磁石、電磁石、コイル等によって形成することができる。
【００６７】
磁化手段は、金属層を極、縦、および／または横配置で、あるいはそれらの任意の組み合わせで、たとえばコントロール・システムのインストラクションに従って磁化するべく構成することができる。磁化の配向の選択は、検出が希望されており、かつ誘電体媒体の屈折率における変化を決定する基礎として採用される光の特徴に依存する。たとえば、測定が希望されている光の特徴がその回転（ｒ）および／または楕円率（ｅ）である場合には、極または縦配置の磁化を適当とすることができる。これに対して、選択が反射光の強度Ｒｐｐの測定、および２つの与えられた状態の間の磁化状態を変化させる態様に応じたその種の強度における相対的な差δｐｐを基礎とする分析であれば、横配置の磁化を好ましいとし得る。
【００６８】
極または縦配置の磁化のケースでは、ＴＭ偏光された光を伴って入射が行われた場合に反射ビームが、光の回転に起因してＴＥ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ）およびＴＭ成分を有することになる。回転および楕円率は、角度、およびＴＭ成分と反射後のＴＥおよびＴＭ成分のベクトル和から結果としてもたらされるベクトルの間における位相シフトから定義される。論理的に各偏光（ＲｐｐおよびＲｐｓ）内の強度は、２つの偏光を分離する光学コンポーネントおよび２つの光検出器を用いて測定することが可能である。光学コンポーネントは、両方の偏光を分離し、それらが異なる検出器によって同時に測定される。たとえば、両方の信号の間の差を０にする光学コンポーネントの角度を求めることによる測定、適切なＴＥおよびＴＭ成分の組み合わせを検出することによる測定等が可能である。
【００６９】
磁化手段は、横配置の磁化の場合に必要となる金属層の磁化の状態（すなわち、方向および／またはモジュール／大きさ）の連続的な変更ができるように構成することが可能であり、その種の変更は、たとえば金属層の平面上における磁化の回転によって達成可能であり、またその種の回転は電磁石、コイル、または回転態様で配置された単純な磁石を用いて非常に簡単に具体化できる。このようにすれば、金属層の平面内において磁化を回転したとき、光の反射率の相対的な変分δｐｐを（磁化の回転と同期する態様で検出器を使用し）屈折率の変化を決定する基礎として測定することができる。
【００７０】
磁化状態における変化は、連続的な態様で周期的に磁化を変更できることが、同期もしくは同相検出、またはフーリエ解析の実行を可能にすることから、横磁化のケースにおいてだけでなく、極または縦磁化の配置においても有用となり得る。したがって、磁化状態Ｍが周期的に変化する場合には、反射率もまた周期的に変化する（Ｒｐｐ（Ｍ  ｃｏｓ  ｗｔ））。
【００７１】
この反射率は、異なる高調波の関数としてフーリエ級数に分解することができる：
【００７２】
【数１１】
2008501965.tif 000013
【００７３】
その結果、第１高調波のフーリエ解析によって項Ｒｐｐ（１ｗ）が与えられ、
【００７４】
ほかの項が小さいかゼロに等しくなることから、
【００７５】
【数１２】
2008501965.tif 000014
【００７６】
同期検出は、Ｒｐｐ（１ｗ）を直接獲得することを可能にする。フーリエ解析が（たとえば、獲得カード・ソフトウエアを用いて）検出された信号に対して直接行われる場合には、Ｒｐｐ（０）、Ｒｐｐ（１ｗ）、Ｒｐｐ（２ｗ）．．．を別々に得ることが可能になり、その後それらのパラメータを除してδｐｐを得ることができる。横配置の場合に周期的な磁化を生成する単純な方法は、回転磁石を使用し、標本平面内においてそれを回転することである（非回転コイルを用いてそれを振動させることができる）。したがって、磁石の回転周波数（磁化の回転周波数に等しい）が、出力として項Ｒｐｐ（１ｗ）を直接提供する同期検出器の基準として導かれる。
【００７７】
極または縦配置における測定の場合においても、同期検出またはフーリエ解析を行うために、周期的に変化する磁化を用いて測定することが有利となり得る。同期検出（ロック‐イン）は、少ないノイズおよびより大きな感度を伴う検出を可能にすることから、信号の検出に非常に頻繁に用いられる。
【００７８】
デバイスは、反射後の光のその種の特徴の少なくとも１つに対応する検出器の出力信号を処理するべく構成された電子データ処理手段を包含することができる。信号処理ならびに分析の最適化は、適切なソフトウエアを用いて達成可能である。論理的にその種の電子処理手段は、コントロール・システムに関連付けて、磁化手段および、入射方向における可能な変化（入射角θ）もしくは金属層上の光の波長と調和して動作させることができる。
【００７９】
たとえば電子データ処理手段を磁化手段と同期させることが可能であり、その結果、反射後の光のその種の特徴の少なくとも１つにおける変化を、金属層の磁化状態における変化と同期させて分析することができる（横磁化配置の光の反射率における相対的な差δｐｐの検出が希望されている場合に重要な事項）。
【００８０】
検出器は、反射後の光の強度（Ｒｐｐ）を検出するべく構成可能であり、電子データ処理手段は、強磁性体層（１ないしは複数）の２つの特定の磁化状態の間における反射後の光の強度内の差（ΔＲｐｐ）を決定するべく構成することができる。その種の場合においては、電子データ処理手段を、反射後の光の強度内の差（ΔＲｐｐ）と、選択された反射後の光の基準強度（ＲｐｐＲＥＦ＝Ｒｐｐ（Ｍｒｅｆ））の比δｐｐを計算するべく構成することができる。
【００８１】
デバイスは、その種の検出された光の少なくとも１つの特徴から、誘電体媒体の屈折率（ｎｄ）における変化を、金属層上の光の入射角（θ）の関数として検出するべく構成することが可能である。この構成は前述した従来システムのそれに類似とすることができるが、反射後の光の強度のみではなく、磁気光学効果、たとえば光の回転および／または楕円率、あるいは横配置の場合であれば２つの与えられた横磁化状態の間の強度の相対的な差も測定される点が異なる。
【００８２】
デバイスは、その種の検出された光の少なくとも１つの特徴から、誘電体媒体の屈折率（ｎｄ）における変化を、金属層によって反射された光の波長の関数として検出するべく構成することが可能である。
【００８３】
このデバイスは、複数の重ね合わされた金属層を包含することが可能であり、それらの層の少なくとも１つは強磁性材料を含む。
【００８４】
実用上は、たとえば強磁性材料を伴う１つの層、およびそれにあてがわれて誘電体媒体（特定応用においては、非常にしばしば腐蝕性のものとなる）と接触する耐蝕金属（たとえば金）の層といったいくつかの層を有することが推奨できる。
【００８５】
磁気光学効果は、金属層の厚さならびに光の波長に決定的に依存する。最適な厚さ（１ないしは複数）および磁気光学効果は、前述の形式で正確に評価することができる。強磁性金属層の場合に表面プラズモン波を励起するためには、前述した従来のセンサに使用されていたものと同じテクニック（プリズム結合、周期的構造、または光のガイド）を使用することが可能である。
【００８６】
本発明のもう１つの態様は、誘電体媒体の屈折率における変化を検出するための方法に関連し、当該方法は、セレクタ結合手段を用いて金属層（３００）にトランスバーサルマグネティック偏光（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）された光（『ＴＭ偏光』、『ｐ偏光』としても知られる；すなわち光の入射面内に電界を伴う）を、光が金属層に遭遇したときに金属層上において表面プラズモン共鳴を励起できるように、かつ光の少なくとも一部が金属層によって検出器（３１）に向けて反射されるように指向するステップと、検出器を用いてその種の反射された光の少なくとも１つの特徴を検出し、少なくとも１つのその種の特徴に対応する少なくとも１つの検出信号を生成するステップと、その種の検出信号を分析し、その種の信号から誘電体媒体の屈折率に関係する少なくとも１つの解釈を決定するステップと、を含み、強磁性材料を伴う金属層（３００）が使用されることを特徴とする。
【００８７】
たとえば、この金属層は：強磁性材料から作ることができる（１つの強磁性材料だけ、もしくはいくつかの強磁性材料の組み合わせ）；少なくとも１つの強磁性材料および少なくとも１つの非強磁性材料の合金から作ることができる；金属媒体内に埋め込まれた磁性粒子から作ることができる（たとえば、金の中のコバルト粒子）；あるいは、誘電体媒体内に埋め込まれた強磁性材料を有する金属粒子のセットから作ることができる。
【００８８】
本発明のデバイスに関連して述べたことが、適切な変更を加えてこの方法にも適用することができる。
【００８９】
この方法は、たとえば、極配置（その場合には、たとえば反射後の光の回転および／または楕円率における変化を分析できる）、縦配置（その場合には、たとえば反射後の光の回転および／または楕円率における変化を分析できる）、あるいは横配置（その場合には、横磁化の２つの与えられた状態の間における磁化状態を変化させたときの反射後の光の強度の相対的な差δｐｐを分析できる）において金属層を磁化するステップを包含することができる。金属層の磁化状態（すなわち、方向および／またはモジュール）は、前述したとおり、連続的に変更することが可能である。
【００９０】
決定される誘電体媒体の屈折率に関連する解釈は：屈折率の絶対値；および／または屈折率に変化が生じたか否かの表示；および／または屈折率における変化の大きさの表示とすることができる。
【００９１】
金属層の磁化状態を連続的に変更する場合には、検出信号を分析するステップを、その種の信号における変化が金属層の磁化状態における変化と同時に分析されるように、磁化状態の変更と同時に実行することが可能である。この場合、検出信号を反射された光の強度（Ｒｐｐ）を示す信号（たとえばそれに比例）とすることが可能であり、検出信号を分析するステップは：基準の強度ＲｐｐＲＥＦにより除した、２つの与えられた磁化状態の間の反射後の光の強度における差（ΔＲｐｐ）を決定するステップ；および演算結果を誘電体媒体の屈折率に関連付けするステップを包含することができる。
【００９２】
単一の金属層に代えて、金属層のセットを使用することができるが、それらの少なくとも１つは強磁性材料を有する。
【００９３】
本発明のより良好な理解に向けた補助とするため、一連の図面についての非常に簡単な説明を末尾に掲載するが、それらのいくつかは、本発明の実施態様に特に関連しており、それらの例示的な、限定が意図されていない例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９４】
図１０は、本発明の好ましい実施態様に従ったデバイスの構成を示しており、プリズム１０の表面に（たとえば、直接もしくはプリズムと同一の屈折率を有する媒体を介して接触）配置され、その自由表面が誘電体媒体２００と接触する強磁性材料（たとえば、鉄、コバルト、またはニッケル）の金属層３００（プリズムは、プラズモン共鳴を生成するために必要な結合に使用される）と、その種の金属層３００に向けてＴＭ偏光された光２１を、その種の金属層によって光が反射されるように指向する光源２０と、金属層によって反射された光を受光し、その種の反射光の少なくとも１つの特徴（たとえば、その回転、楕円率および／または強度）を検出するべく構成された検出器３１（たとえばフォトダイオード）とを包含する。検出器は、検出された特徴（１ないしは複数）を示す出力信号３２を生成し、それが、コンピュータもしくはその類の一部とし得る電子データ処理デバイス４１によって分析される。
【００９５】
磁化エレメント５０は、その種の磁化エレメントに印加されるコントロール信号の関数として金属層３００を異なる態様で磁化することができる。たとえば、その種の信号の関数として、磁化エレメントは、極配置（図７Ａに示されているものに類似）、縦配置（図７Ｂに示されているものに類似）、および／または横配置（図７Ｃに示されているものに類似）で金属層を磁化することができる。磁化のタイプの選択は、検出が希望されており、かつその後に続く誘電体媒体の屈折率の決定のための基礎として採用される光の特徴に依存する。
【００９６】
たとえば、測定が希望されている光の特徴がその回転（ｒ）および／または楕円率（ｅ）である場合には、極または縦配置の磁化を適当とすることができる。図１１Ｂおよび１１Ｄは、それぞれ光の入射角θの関数として、極磁化を伴うシミュレーションにおける回転『ｒ』および楕円率『ｅ』の測定値を、またこの構成を用いたセンサの評価感度ηを表している（感度は、次の公式を用いて計算される。
【００９７】
【数１３】
2008501965.tif 000015
【００９８】
それにおいてＳｍａｘは測定信号の最大値、Ｓは測定信号の値、ｎｄは、誘電体媒体の屈折率である）。言い換えると、屈折率における変化に関するセンサの感度ηは、信号の最大値に対して標準化された、誘電体の屈折率の変分の関数とする測定信号の変分として定義される。図１１Ｂおよび１１Ｄのグラフ内の感度ηと、最新技術（厚さ５０ｎｍの金の層を伴う）に従った構成における反射光の強度Ｒｐｐを示した図１１Ａのグラフ内の感度を比較することによって観察されるとおり、少なくとも理論上は、本発明によってはるかに高い感度を得ることが可能になる（１０倍を超える増加）。
【００９９】
一方、横配置における磁化は、反射光の強度が測定され、分析が磁化状態に従ったその種の強度における相対的な差δｐｐに基づく場合に好ましいとし得る。この場合、磁化エレメント５０は、たとえば横配置内における磁化方向の変更、あるいは層平面内における磁化の回転を行って連続磁界を生成するように、すなわち金属層の磁化状態の連続変化が評価されるように構成することが可能である。その場合に横磁化の２つの特定モーメントにおける光の強度Ｒｐｐの測定を行い、それらの磁化状態の間の相対的な強度の差δｐｐを、反射率（の変化）を決定する基礎として獲得することができる。これは、検出器４１の出力信号の分析を磁化エレメント５０のコントローラと同期させ、同期検出を行うことによって達成できる。
【０１００】
図１１Ｃは、方向が交番する横磁化を伴うδｐｐの検出のシミュレーション結果を入射角θの関数として示すとともに、対応する感度ηの評価を示している。この場合においてもまた、図１１Ａの従来の場合に関して１０倍を超える感度の増加が示唆される。
【０１０１】
図１２は、層のセットを簡単に表しており、これは、プリズム１０の上に（たとえば、直接もしくはプリズムと同一の屈折率を有する媒体を介して接触）配置される厚さ１４ｎｍのコバルトの第１の層３００と、第１の層の上における第３の層の堆積／接着を提供するために使用される厚さ１ｎｍのクロムの第２の層３０１と、誘電体媒体と接触する厚さ２９ｎｍの金の第３の層３０２とを包含する。
【０１０２】
金の耐蝕性が非常に高いことから、第１の層３００が、ある種の誘電体媒体が有することのある腐蝕性効果から保護される。
【０１０３】
ここで述べている構成を用いる場合には、誘電体媒体内の、それ自体の屈折率に影響を及ぼす変化を検出するための複数の方法が存在する。基本的に、光は２つの変量、すなわち入射角θおよび波長λを有する。したがって、ｉ．  波長を一定に維持し、入射角を変化させることができる（図１１Ｂ〜１１Ｄに示されている曲線に類似する曲線タイプを得る）。ｉｉ．  入射角を一定に維持し、波長を変化させることができる。ｉｉｉ．  波長および入射角両方を変化させることができる。ｉｖ．  波長および入射角両方を一定に維持し、検出された信号の特徴における変化を測定することができる（横磁化の場合のδｐｐ、および極もしくは縦配置の磁化の場合の回転および／または楕円率）。
【０１０４】
開示されたデバイスは、たとえば屈折率測定器、化学センサ、またはバイオセンサに使用することができる。
【０１０５】
エレメントの材料、寸法、形状、および構成は、本発明の基本概念の変更を伴わないことを前提として変形を受けることがある。
【０１０６】
この説明および特許請求の範囲の全体を通じて、『包含する』および『包含している』等の表現は、ほかのステップもしくは構成要素を排除する意図ではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】表面プラズモンの電磁界の構成を示した概略図である。
【図２】プリズム結合を基礎とし、光を用いて表面プラズモンを励起するための従来構成を示した概略図である。
【図３Ａ】最新技術に従った誘電体媒体の屈折率における変化を検出するシステムを示した概略図である。
【図３Ｂ】最新技術に従った誘電体媒体の屈折率における変化を検出するシステムを示した概略図である。
【図４】誘電体媒体の２つの異なる屈折率（ｎｄ１、ｎｄ２）について、ＴＭ反射光の強度Ｒｐｐを異なる光入射角θに関連付けた２つの曲線のグラフである。
【図５】バイオセンサ応用における表面プラズモン共鳴センサの詳細を示した概略図である。
【図６】異なる材料の層について、入射角θの関数として反射率Ｒｐｐを例示した曲線のグラフである。
【図７Ａ】強磁性材料の層の異なる磁化配置を示した概略図である。
【図７Ｂ】強磁性材料の層の異なる磁化配置を示した概略図である。
【図７Ｃ】強磁性材料の層の異なる磁化配置を示した概略図である。
【図８】極配置の磁化を伴う強磁性材料の層上の光の入射角θの関数として回転および楕円率を示したグラフである。
【図９】横配置の磁化を伴う場合の光の入射角の関数として反射率の相対変分δｐｐを示したグラフである。
【図１０】本発明の好ましい実施態様に従った構成を示した概略図である。
【図１１Ａ】最新技術に従って測定を行い、実際的なケースのシミュレーションにより反射光の強度における変化を示したグラフである。
【図１１Ｂ】本発明の好ましい実施態様に従ったシステムのシミュレーションにおける光の特徴の測定量を示したグラフである。
【図１１Ｃ】本発明の好ましい実施態様に従ったシステムのシミュレーションにおける光の特徴の測定量を示したグラフである。
【図１１Ｄ】本発明の好ましい実施態様に従ったシステムのシミュレーションにおける光の特徴の測定量を示したグラフである。
【図１２】本発明の実際的な実施態様に適した金属層のセットを示した概略図である。
【図１】
2008501965.tif 000016
【図２】
2008501965.tif 000017
【図３Ａ】
2008501965.tif 000018
【図３Ｂ】
2008501965.tif 000019
【図４】
2008501965.tif 000020
【図５】
2008501965.tif 000021
【図６】
2008501965.tif 000022
【図７Ａ】
2008501965.tif 000023
【図７Ｂ】
2008501965.tif 000024
【図７Ｃ】
2008501965.tif 000025
【図８】
2008501965.tif 000026
【図９】
2008501965.tif 000027
【図１０】
2008501965.tif 000028
【図１１Ａ】
2008501965.tif 000029
【図１１Ｂ】
2008501965.tif 000030
【図１１Ｃ】
2008501965.tif 000031
【図１１Ｄ】
2008501965.tif 000032
【図１２】
2008501965.tif 000033
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月30日(2006.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体媒体（２００）の屈折率における変化を検出するためのデバイスであって、
前記誘電体媒体（２００）と接触して配置されるべく構成された少なくとも１つの金属層（３００）と、
ＴＭ偏光された光を前記金属層に向けて、前記光が前述の種の金属層と遭遇するように指向する少なくとも１つの光源（２０）と、
前記光が前記金属層と遭遇するときに前記光が前記金属層上における表面プラズモン共鳴を励起できるように、前記光源（２０）および前記金属層（３００）に関連付けされた結合手段（１０）と、
前記金属層によって反射された光を受光し、かつ前記光の少なくとも１つの特徴を検出するべく構成された少なくとも１つの検出器（３１）と、
を含み、
前記金属層が強磁性材料を有し、
さらに前記デバイスが、前記金属層（３００）を磁化するべく構成された磁化手段（５０）を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記磁化手段（５０）が、前記金属層を極配置で磁化するべく構成されていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記磁化手段（５０）が、前記金属層を縦配置で磁化するべく構成されていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記磁化手段（５０）が、前記金属層を横配置で磁化するべく構成されていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記磁化手段（５０）が、前記金属層（３００）の磁化状態を連続的に変更できるべく構成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項６】
さらに、前記反射された光の少なくとも１つの前述の種の特徴に対応する前記検出器（３１）からの出力信号（３２）を処理するべく構成された電子データ処理手段（４１）を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項７】
前記電子データ処理手段（４１）が、前記磁化手段と同期され、その結果、前記反射された光の少なくとも１つの前述の種の特徴における変化が前記金属層（３００）の磁化状態における変化と同期して分析されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記検出器が、前記反射された光の、少なくとも回転（ｒ）および／または楕円率（ｅ）における変化を検出するべく構成されていることを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
【請求項９】
前記検出器が、前記反射された光の回転（ｒ）および／または楕円率（ｅ）における変化を少なくとも検出するべく構成されていることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記検出器が、前記反射された光の強度（Ｒｐｐ）を検出するべく構成されており、かつ前記電子データ処理手段が、２つの与えられた横磁化状態の間の前記反射された光の強度における差（ΔＲｐｐ）を決定するべく構成されていることを特徴とする請求項４または７に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記電子データ処理手段が、前記反射された光の強度における前述の種の差（ΔＲｐｐ）と前記反射された光の基準強度（ＲｐｐＲＥＦ）の間の比（δｐｐ）を計算するべく構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前述の種の検出された光の少なくとも１つの特徴から前記誘電体媒体の前記屈折率（ｎｄ）における変化を、前記金属層（３００）上の前記光の入射角（θ）の関数として検出するべく構成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１３】
前述の種の検出された光の少なくとも１つの特徴から前記誘電体媒体の前記屈折率（ｎｄ）における変化を、前記金属層（３００）にわたって反射される前記光の波長の関数として検出するべく構成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１４】
前記金属層が、強磁性材料の層であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１５】
前記金属層が、少なくとも１つの強磁性材料と、少なくとも１つの非強磁性材料との合金であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１６】
前記金属層が、金属媒体内に埋め込まれた磁性粒子によって形成されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１７】
前記金属層が、誘電体媒体内に埋め込まれた強磁性材料を伴う金属粒子のセットによって形成されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１８】
複数の重ね合わされた金属層を含み、前記層（３００）の少なくとも１つが強磁性材料を有することを特徴とする請求項１から１７のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１９】
前記複数の重ね合わされた金属層が、強磁性材料を有する前記層（３００）に加えて耐蝕金属の層（３０２）を含む請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記耐蝕金属は金である請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
耐蝕材料の前記層（３０２）および強磁性材料を有する前記層（３００）は、耐蝕材料の前記層（３０２）と強磁性材料を有する前記層（３００）の間における接着の提供に使用される追加の層（３０１）によって分離される請求項１９または２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記追加の層（３０１）は、クロム層である請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記複数の重ね合わされた金属層は、強磁性材料を有する前記層（３００）を構成するコバルト層を含み、さらに前記複数の重ね合わされた層は金の層（３０２）を含み、前記金の層（３０２）は、クロム層（３０１）によって前記コバルト層（３００）から分離される請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記複数の重ね合わされた金属層は、強磁性材料を有する前記層に対する接着を提供するための追加の層を含む請求項１８から２０のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項２５】
接着を提供するための前記層は、クロム層である請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの金属層は、表面プラズモン共鳴を最適化するように選択された厚さを有する請求項１から２５のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項２７】
誘電体媒体の屈折率における変化を検出するための方法であって：
ＴＭ偏光された光を金属層（３００）に向けて、前記光が前記金属層に遭遇したときに前記金属層上における表面プラズモン共鳴を励起できる態様で、かつ前記光の少なくとも一部が前記金属層により検出器（３１）に向けて反射される態様で選択された結合手段を介して指向するステップと、
前記検出器を用いて、前述の種の反射された光の少なくとも１つの特徴を検出し、前述の種の特徴の少なくとも１つに対応する少なくとも１つの検出信号（３２）を生成するステップと、
前述の種の検出信号を分析し、前述の種の信号から、前記誘電体媒体の前記屈折率に関係する少なくとも１つの解釈を決定するステップと、
を含み、
強磁性材料を含む層が前記金属層（３００）のために使用され、
前記方法が、さらに、前記金属層（３００）を磁化するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
前記金属層が、極配置で磁化されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記金属層が、縦配置で磁化されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記金属層が、横配置で磁化されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記金属層（３００）の磁化状態が、連続的に変更されることを特徴とする請求項２８から３０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３２】
前記誘電体媒体の前記屈折率に関係する少なくとも１つの前述の種の解釈が、
前記屈折率の絶対値および／または、
前記屈折率に変化が生じたか否かの表示および／または、
前記屈折率における変化の大きさの表示を含むことを特徴とする請求項２７から３１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３３】
前記検出信号を分析するステップが、前記磁化状態の変更と同期して実行され、その結果、前述の種の信号における変化が前記金属層（３００）の磁化状態における変化と同期して分析されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記反射された光の、少なくとも回転（ｒ）および／または楕円率（ｅ）における変化が分析されることを特徴とする請求項２８または２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記検出信号が前記反射された光の強度（Ｒｐｐ）を示すことを特徴とし、かつ前記検出信号を分析するステップが、２つの異なる横磁化状態の間の反射された光の強度における差（ΔＲｐｐ）を決定すること、および前述の種の差を前記誘電体媒体の前記屈折率に関係させることを含むことを特徴とする請求項３０または３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記検出信号を分析するステップが、前記反射された光の強度における前述の種の差（ΔＲｐｐ）と、前記反射された光の基準強度ＲｐｐＲＥＦの間の比（δｐｐ）を計算することを含むことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
強磁性材料を含む前記金属層（３００）が、複数の重ね合わされた金属層の一部であることを特徴とする請求項２７から３６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３８】
前記複数の重ね合わされた金属層が、強磁性材料を有する前記層（３００）に加えて耐蝕金属の層（３０２）を含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記耐蝕金属は、金である請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
耐蝕材料の前記層（３０２）および強磁性材料を有する前記層（３００）は、耐蝕材料の前記層（３０２）と強磁性材料を有する前記層（３００）の間における接着の提供に使用される追加の層（３０１）によって分離される請求項３８または３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記追加の層（３０１）は、クロム層である請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記複数の重ね合わされた金属層は、強磁性材料を有する前記層（３００）を構成するコバルト層を含み、さらに前記複数の重ね合わされた層は金の層（３０２）を含み、前記金の層（３０２）は、クロム層（３０１）によって前記コバルト層（３００）から分離される請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】
前記複数の重ね合わされた金属層は、強磁性材料を有する前記層に対する接着を提供するための追加の層を含む請求項３７から３９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４４】
接着を提供するための前記層は、クロム層である請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記少なくとも１つの金属層は、表面プラズモン共鳴を最適化するように選択された厚さを有する請求項２７から４４のいずれか１つに記載の方法。
【国際調査報告】
2008501965.tif 000034
2008501965.tif 000035
2008501965.tif 000036