(57)【要約】【課題】磁場センサーとして用いるのに適した、磁化容易軸が膜面に平行であり、ファラデー効果が大きく、かつ、高い空間分解能を有する磁気光学媒体の提供【解決手段】  ガーネット単結晶基板上に、該ガーネット単結晶基板の特定結晶面に下記化学式で表わされるＢｉ置換磁性ガーネット膜をエピタキシャル成長させる。    化学式：（ＢｉwＲＥ1-wーxＰｂx）3（ＭyＦｅ1-y）5Ｏ12        ただし、ＲＥはＬｕ、Ｙｂから選ばれる１種または２種、ＭはＧａ、Ａｌから選ばれる１種または２種であり、ｗ，ｘ，ｙは次式を満たす。  ０．２５≦ｗ≦０．７、０≦ｘ≦０．０５、０≦ｙ≦０．２４【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガーネット単結晶基板と、該ガーネット単結晶基板の特定結晶面に成膜された下記化学式で表わされるＢｉ置換磁性ガーネット膜とからなる磁気光学媒体。
化学式：（ＢｉwＲＥ1-wーxＰｂx）3（ＭyＦｅ1-y）5Ｏ12
ただし、
ＲＥ＝Ｌｕ、Ｙｂから選ばれる１種または２種
Ｍ＝Ｇａ、Ａｌから選ばれる１種または２種
０．２５≦ｗ≦０．７
０≦ｘ≦０．０５
０≦ｙ≦０．２４
【請求項２】
キュリー温度以下において、前記Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数が、下記の格子整合条件：
０≦(Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数−ガーネット基板の格子定数)≦０．０２Å
を満たし、かつ、前記Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の磁化容易軸が膜面に平行であることを特徴とする請求項１に記載の磁気光学媒体。
【請求項３】
前記格子整合条件が、
０≦(Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数−ガーネット基板の格子定数) ≦０．０１Å
であることを特徴とする請求項２記載の磁気光学媒体。
【請求項４】
前記ガーネット単結晶基板がＧｄ３Ｇａ５Ｏ１２であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁気光学媒体。
【請求項５】
前記ガーネット単結晶基板のＢｉ置換磁性ガーネット膜を成膜する特定結晶面が（１００）面又は（１１１）面であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁気光学媒体。
【請求項６】
ガーネット単結晶基板の特定結晶面に、Ｂｉ置換磁性ガーネット膜を成膜する方法において、Ｂｉ置換磁性ガーネット成分およびフラックス成分を構成する元素の酸化物を所定の組成比で混合、溶融した融液に、ガーネット単結晶基板の特定結晶面の両面もしくは片面を接触させ、下記式（ｚ）で定義する過冷度ΔＴを３０℃≦ΔＴ≦１５０℃に維持し、上記特定結晶面上に、下記化学式で表されるＢｉ置換磁性ガーネット膜を成膜することを特徴とする磁気光学媒体の製造方法。
式（ｚ）：過冷度ΔＴ＝融液の飽和温度−成膜温度
化学式：（ＢｉwＲＥ1-w-xＰｂx）3（ＭyＦｅ1-y）5Ｏ12
ただし、ＲＥ＝Ｌｕ、Ｙｂから選ばれる１種または２種、Ｍ＝Ｇａ、Ａｌから選ばれる１種または２種
０．２５≦ｗ≦０．７            ０≦ｘ≦０．０５
０≦ｙ≦０．２４
【請求項７】
キュリー温度以下において、前記磁性ガーネット膜の格子定数が、下記格子整合条件を満たすことを特徴とする請求項６に記載の磁気光学媒体の製造方法。
０≦（Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数−ガーネット基板の格子定数）≦０．０２Å
【請求項８】
Ｂｉ置換磁性ガーネット成分およびフラックス成分を構成する元素の酸化物原料の中で、下記式で定義するＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５が下記条件を満たす融液を用いて結晶膜を成膜することを特徴とする請求項６又は７記載の磁気光学媒体の製造方法。
９．０≦Ｒ１≦２５．０、    Ｒ２≧５．０、    ５．０≦Ｒ３≦２０．０
０．１０≦Ｒ４≦０．１５、    １．５≦Ｒ５≦４．０
ただし、Ｒ１＝Ｆｅ２Ｏ３／ＲＥ２Ｏ３、Ｒ２＝Ｆｅ２Ｏ３／Ｍ２Ｏ３、
Ｒ３＝ＰｂＯ／Ｂ２Ｏ３
Ｒ４＝（ＲＥ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３＋Ｍ２Ｏ３）／（Ｂｉ２Ｏ３＋ＲＥ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３＋Ｍ２Ｏ３＋ＰｂＯ＋Ｂ２Ｏ３）、  Ｒ５＝ＰｂＯ／Ｂｉ２Ｏ３
ＲＥ=Ｌｕ、Ｙｂから選ばれる１種または２種、
Ｍ＝Ｇａ、Ａｌから選ばれる１種または２種
【請求項９】
前記過冷度が４０℃〜１２０℃であることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の磁気光学媒体の製造方法。
【請求項１０】
前記融液を、一旦、飽和温度以上に加熱し、その後、その温度で静置し、更に成膜温度に降下させ、静置することを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の磁気光学媒体の製造方法。
【請求項１１】
前記融液に、ガーネット基板の特定結晶面を接触させ、該基板を３０ｒｐｍ以上の回転速度で、一方向もしくは周期的に方向を変えて回転させることを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の磁気光学媒体の製造方法。
【請求項１２】
前記成膜後に、膜面を、硝酸でエッチングした後、熱リン酸でエッチングし、更に、硝酸でエッチングすることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項に記載の磁気光学媒体の製造方法。
【請求項１３】
前記ガーネット基板の特定結晶面が、（１００）面又は（１１１）面であることを特徴とする請求項６〜１２のいずれかに記載の磁気光学媒体の製造方法。
【請求項１４】
前記格子整合条件が、
０≦（Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数−ガーネット基板の格子定数）≦０．０１Å
であることを特徴とする請求項７〜１３のいずれかに記載の磁気光学媒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の磁化状態を視覚化することを可能にする磁場センサーとして用いるのに適した磁気光学媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気カード、磁気テープ等の磁気記録媒体及びＭＲＡＭ、磁気ヘッド等のデバイスにおける磁性材料の磁化状態を評価する手法の一つとして、磁場によって容易に磁化される磁性膜を磁場センサーとして用い、この磁性膜の磁気光学効果（ファラデー効果）を利用して、偏光顕微鏡により観察する手法がある。
【０００３】
この方法の原理を図１に基づいて説明する。
図１において、試料室３内において磁気光学媒体１を測定対象である磁気的情報を有する試料２に近接配置する。なお、試料室３は、低温での測定や真空での測定の場合必要に応じて使用する。これによって、磁気光学媒体のＢｉ置換磁性ガーネット膜１は、試料２の磁気的情報によって形成される磁場によって磁化される。そして試料２の磁気的情報を反映した磁性ガーネット膜に、光源４からの光をポーラライザー５を通し、次いでミラー６で反射した光を試料室３のガラス窓７を通して磁気光学媒体１に照射する。入射光は磁気光学媒体のＢｉ置換磁性ガーネット膜１の磁化された部分を通過する際にファラデー効果によって偏光面が回転され、次いで磁性ガーネット膜１の表面に形成されたミラー膜又は試料によって反射され、反射光は再び磁性ガーネット膜１を通過して更に偏光面が回転される。このようにして、磁化された部分と磁化されない部分とでは偏光面の異なる回転角を有するようになる。この反射光を対物レンズ８、アナライザー９を介してＣＣＤカメラ等で読み取ると試料２の磁化状態が光の明暗のコントラストとなって現れる。これをコンピューターで解析することにより磁化の状態を定量的に評価することができる。
【０００４】
ところで、磁性膜には、磁化容易軸が膜面に垂直である垂直磁化膜と、磁化容易軸が膜面に平行である面内磁化膜とがあるが、前記したような、磁化の状態を光の明暗として視覚的に観察するためにはＢｉ置換磁性ガーネット膜は面内磁化膜であることが必要であり、しかも、その空間分解能が高分解能であることが必要である。
【０００５】
磁化容易軸が膜面に平行であるＢｉ置換磁性ガーネット膜は特許文献１に開示されており、このＢｉ置換磁性ガーネット膜は、次に記載するような組成を有している。
（ＢｉxＮｄyＰｂzＬu3-x-y-z））(ＡｌuＬuvＦｅ5-u-v)(Ｏ12)
但し、ｘ＝０．４〜１．２、ｙ＝０．２〜０．４、ｚ＝０．０〜０．２、
ｕ＝０．０〜０．２、ｖ＝０．０〜０．２
【０００６】
特許文献１には、上記ガーネット膜が光通信や制御システムにおける光アイソレータ、光サーキュレータ、光変調器等の磁気光学素子として用いられることについては記載があるが、本件発明におけるような磁束密度分布を観察・評価するためのガーネット膜として用いることについては記載がない。
【０００７】
また、非特許文献１には、ガーネット基板上にガーネット膜を液相エピタキシャル法によって形成させて磁気光学媒体についての記載があり、また、この磁気光学媒体を高温超電導体材料に侵入する磁束密度を磁気光学的手法によって視覚化し、高温超電導体の特性を評価するためのセンサー媒体として用いることについても記載がある。
しかしながら、この文献にはガーネット膜の組成の詳細については具体的な記載がない。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−１２３１２０号公報
【非特許文献１】INTERNATIONAL CONFERENCE ON MAGNETISM (Roma,Italy,July27-August1,2003):Abstracts  page  553
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、磁場センサーとして用いるのに適した、磁化容易軸が膜面に平行であり、ファラデー効果が大きく、かつ、高い空間分解能を有するＢｉ置換磁性ガーネット膜及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題は下記の構成を備えた本発明によって解決することができる。
（１）ガーネット単結晶基板と、該ガーネット単結晶基板の特定結晶面に成膜された下記化学式で表わされるＢｉ置換磁性ガーネット膜とからなる磁気光学媒体。
化学式：（ＢｉwＲＥ1-wーxＰｂx）3（ＭyＦｅ1-y）5Ｏ12
ただし、
ＲＥ＝Ｌｕ、Ｙｂから選ばれる１種または２種
Ｍ＝Ｇａ、Ａｌから選ばれる１種または２種
０．２５≦ｗ≦０．７
０≦ｘ≦０．０５
０≦ｙ≦０．２４
（２）キュリー温度以下において、前記Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数が、下記の格子整合条件：
０≦(Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数−ガーネット基板の格子定数)≦０．０２Å
を満たし、かつ、前記Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の磁化容易軸が膜面に平行であることを特徴とする上記（１）の磁気光学媒体。
（３）前記格子整合条件が、
０≦(Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数−ガーネット基板の格子定数)≦０．０１Å
であることを特徴とする上記（２）の磁気光学媒体。
（４）前記ガーネット単結晶基板がＧｄ３Ｇａ５Ｏ１２であることを特徴とする上記（１）〜（３）の磁気光学媒体。
（５）前記ガーネット単結晶基板のＢｉ置換磁性ガーネット膜を成膜する特定結晶面が（１００）面又は（１１１）面であることを特徴とする上記（１）〜（４）の磁気光学媒体。
【００１１】
（６）ガーネット単結晶基板の特定結晶面に、Ｂｉ置換磁性ガーネット膜を成膜する方法において、Ｂｉ置換磁性ガーネット成分およびフラックス成分を構成する元素の酸化物を所定の組成比で混合、溶融した融液に、ガーネット単結晶基板の特定結晶面の両面もしくは片面を接触させ、下記式（ｚ）で定義する過冷度ΔＴを３０℃≦ΔＴ≦１５０℃に維持し、上記特定結晶面上に、下記化学式で表されるＢｉ置換磁性ガーネット膜を成膜する方法。
式（ｚ）：過冷度ΔＴ＝融液の飽和温度−成膜温度
化学式：（ＢｉwＲＥ1-w-xＰｂx）3（ＭyＦｅ1-y）5Ｏ12
ただし、ＲＥはＬｕ、Ｙｂから選ばれる１種または２種、ＭはＧａ、Ａｌから選ばれる１種または２種であり、
０．２５≦ｗ≦０．７、  ０≦ｘ≦０．０５、  ０≦ｙ≦０．２４
（７）キュリー温度以下において、前記磁性ガーネット膜の格子定数が、下記格子整合条件を満たすことを特徴とする上記（６）の磁気光学媒体の製造方法：
０≦（Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数−ガーネット基板の格子定数）≦０．０２Å
【００１２】
（８）Ｂｉ置換磁性ガーネット成分およびフラックス成分を構成する元素の酸化物原料の中で、下記式で定義するＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５が下記条件を満たす融液を用いて結晶膜を成膜することを特徴とする上記（６）又は（７）記載の磁気光学媒体の製造方法。
９．０≦Ｒ１≦２５．０、    Ｒ２≧５．０      ５．０≦Ｒ３≦２０．０
０．１０≦Ｒ４≦０．１５、    １．５≦Ｒ５≦４．０
ただし、Ｒ１＝Ｆｅ２Ｏ３／ＲＥ２Ｏ３、Ｒ２＝Ｆｅ２Ｏ３／Ｍ２Ｏ３、Ｒ３＝ＰｂＯ／Ｂ２Ｏ３，
Ｒ４＝（ＲＥ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３＋Ｍ２Ｏ３）／（Ｂｉ２Ｏ３＋ＲＥ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３＋Ｍ２Ｏ３＋ＰｂＯ＋Ｂ２Ｏ３）、  Ｒ５＝ＰｂＯ／Ｂｉ２Ｏ３
ＲＥ=Ｌｕ、Ｙｂから選ばれる１種または２種、
Ｍ＝Ｇａ、Ａｌから選ばれる１種または２種
（９）前記過冷度が４０℃〜１２０℃であることを特徴とする上記（６）〜（８）の磁気光学媒体の製造方法。
（１０）前記融液を、一旦、飽和温度以上に加熱し、その後、その温度で静置し、更に成膜温度に降下させ、静置することを特徴とする上記（６）〜（９）の磁気光学媒体の製造方法。
【００１３】
（１１）前記融液に、ガーネット基板の特定結晶面を接触させ、該基板を３０ｒｐｍ以上の回転速度で、一方向もしくは周期的に方向を変えて回転させることを特徴とする上記（６）〜（１０）の磁気光学媒体の製造方法。
（１２）前記成膜後に、膜面を、硝酸でエッチングした後、熱リン酸でエッチングし、更に、硝酸でエッチングすることを特徴とする上記（６）〜（１１）の磁気光学媒体の製造方法。
（１３）前記ガーネット基板の特定結晶面が、（１００）面又は（１１１）面であることを特徴とする上記（６）〜（１２）の磁気光学媒体の製造方法。
（１４）前記格子整合条件が、
０≦（Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数−ガーネット基板の格子定数）≦０．０１Å
であることを特徴とする上記（７）〜（１３）の磁気光学媒体の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明における磁気光学媒体のＢｉ置換磁性ガーネット膜は面内磁化膜とすることができ、磁場センサーとして用いることにより、対象物の磁化状態を高分解能で検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の磁気光学媒体は、ガーネット単結晶基板と、該ガーネット単結晶基板の特定結晶面に成膜されたＢｉ置換磁性ガーネット膜とからなる。
ガーネット単結晶基板とはガーネット構造を有する単結晶基板であり、好ましくはＧｄ３Ｇａ５Ｏ１２、Ｓｍ３Ｇａ５Ｏ１２、Ｎｄ３Ｇａ５Ｏ１２、ＣａＭｇＺｒ置換Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２等を用いることができるが、より好ましいのはＧｄ３Ｇａ５Ｏ１２である。
ガーネット単結晶基板の結晶を成長させる面は（１００）面又は（１１１）面であることが好ましい。
【００１６】
本発明におけるＢｉ置換磁性ガーネット膜は次の化学式で表される。
化学式：（ＢｉwＲＥ1-wーxＰｂx）3（ＭyＦｅ1-y）5Ｏ12
ここで、ＲＥはＬｕ、Ｙｂから選ばれる１種または２種であり、ＭはＧａ、Ａｌから選ばれる１種または２種である。
また、ｗ，ｘ，ｙはそれぞれ次の条件を満たす。
０．２５≦ｗ≦０．７、  ０≦ｘ≦０．０５、  ０≦ｙ≦０．２４
【００１７】
本発明の磁気光学媒体の模式図を図２に示す。
磁気光学媒体は、ガーネット単結晶基板２１とこの単結晶基板２１上にエピタキシャル成長させたＢｉ置換磁性ガーネット膜２２とからなる。使用に際しては、測定対象物の表面の光反射率が高い（金属的な光沢を有している）ときは磁気光学媒体をそのまま用い、測定対象物の光反射率が低いときは、磁性ガーネット膜２２の表面に光を反射するため銀などからなるミラー膜２３を形成する。
【００１８】
Ｂｉ置換磁性ガーネット膜は、Ｂｉ置換磁性ガーネット成分およびフラックス成分を構成する元素の酸化物を所定の組成比で混合、溶融して得られる融液中に、ガーネット単結晶基板の特定結晶面の両面もしくは片面を接触させることにより、特定結晶面上に融液中からＢｉ置換磁性ガーネットをエピタキシャル成長させることによって得られる。
フラックス成分としてはＰｂＯ、Ｂ２Ｏ３等を用いることができる。
【００１９】
この融液の組成について、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５を下記のように定義する。
Ｒ１＝Ｆｅ２Ｏ３／ＲＥ２Ｏ３
Ｒ２＝Ｆｅ２Ｏ３／Ｍ２Ｏ３
Ｒ３＝ＰｂＯ／Ｂ２Ｏ３
Ｒ４＝（ＲＥ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３＋Ｍ２Ｏ３）／（Ｂｉ２Ｏ３＋ＲＥ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３＋Ｍ２Ｏ３＋ＰｂＯ＋Ｂ２Ｏ３）
Ｒ５＝ＰｂＯ／Ｂｉ２Ｏ３
ＲＥ=Ｌｕ、Ｙｂから選ばれる１種または２種、
Ｍ＝Ｇａ、Ａｌから選ばれる１種または２種
そして、Ｂｉ置換磁性ガーネット膜を成膜する融液は上記のＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５が、下記の条件を満たすことが好ましい。
９．０≦Ｒ１≦２５．０、      Ｒ２≧５．０、      ５．０≦Ｒ３≦２０．０
０．１０≦Ｒ４≦０．１５、    １．５≦Ｒ５≦４．０
上記の条件を満たすことが、磁化容易軸が膜面に平行であるＢｉ置換磁性ガーネット膜を成膜するために必要である。
【００２０】
また、結晶を成長させるに際しては、結晶成長用の融液の温度を下記式（ｚ）で定義される過冷度ΔＴを３０℃≦ΔＴ≦１５０℃、好ましくは４０℃〜１２０℃に維持して行う。
式（ｚ）：過冷度ΔＴ＝融液の飽和温度−成膜温度
Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の磁化容易軸が膜面に平行であるようにするには融液の過冷度を上記の条件にすることが必要である。上記の条件を外れると磁化容易軸が膜面に垂直である部分が形成されやすくなり、好ましくない。
【００２１】
これは、融液の過冷度を上記の条件にすることにより、Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数とガーネット基板の格子定数とが下記の格子整合条件を満たすようになり、この結果、面内磁化膜が形成されやすくなるためであると考えられる。
０≦(Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数−ガーネット基板の格子定数)≦０．０２Å
また、前記格子整合条件は、下記の条件であることがより好ましい。
０≦(Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数−ガーネット基板の格子定数)≦０．０１Å
また、Ｂｉ置換磁性ガーネット膜のキュリー温度以下において上記条件を満たしていることが好ましい。
融液は、一旦、飽和温度以上に加熱し、その後、その温度で静置し、更に成膜温度に降下させ、静置することが好ましい。これは、融液の組成と温度を均一にするためである。
【００２２】
結晶を成長させるに際しては、融液に浸漬したガーネット基板を３０ｒｐｍ以上の回転速度、より好ましくは、５０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍの回転速度で、一方向もしくは周期的に方向を変えて回転させることが望ましく、これにより均質で特性の良好な膜を成長させることができる。
【００２３】
図３にＢｉ置換磁性ガーネット膜をガーネット基板表面にエピタキシャル成長させるための装置の例を示す。図３（ａ）はガーネット基板の表裏両面に成膜する場合を示したものであり、図３（ｂ）はガーネット基板の片面に成膜する場合を示した図である。
アルミナ製シャフト３１に固定した白金製ホルダー（ワイヤー）３２で、ガーネット基板２１を水平に保持し、両面に成膜する場合にはガーネット基板２１を白金ルツボ３３内に収容した融液３４中に完全に浸漬し、片面に成膜する場合には基板の片面だけを融液中に浸漬し、基板を回転させながらそのまま所定時間保持して磁性ガーネット膜を成長させ、次いで融液から引き上げる。
【００２４】
成膜後のＢｉ置換磁性ガーネット膜には融液中のフラックス成分が付着していることがある。このフラックスは硝酸でエッチングすることによっても完全に除去することができないが、硝酸でエッチングした後、熱リン酸でエッチングし、更に硝酸でエッチングすることによって完全に除去することができる。この場合、熱リン酸の温度は１００℃以上とすることが好ましい。
上記のようにして得た本発明の磁気光学媒体は、室温（以下でいう、室温とは３００Ｋである。）においては磁気テープ、磁気カードなどの磁気記録媒体や磁性インクを用いた紙幣の評価や、磁気ヘッド、磁気センサー、磁性半導体などのデバイスの評価に用いることができる。また、本発明の磁気光学媒体は、低温において、磁場中に配置された超電導線材や超電導テープなどの超電導体内に侵入する磁束の状態を観察し、超電導体の超電導特性を評価するための手段として用いることができる。
【実施例】
【００２５】
以下に、本発明の実施例を比較例と共に示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２６】
［実施例1］
＜（Ｂｉ，Ｌｕ）３（Ｇａ，Ｆｅ）５Ｏ１２の作製＞
（融液の作製）
Ｂｉ置換磁性ガーネット膜成分とフラックス成分である、Ｆｅ２Ｏ３，Ｇａ２Ｏ３，Ｂｉ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３，ＰｂＯ，Ｂ２Ｏ３などの原料酸化物を、下記式で定義するＲ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５の比が、Ｒ１＝１０、Ｒ２＝６．５、Ｒ３＝１０、Ｒ４＝０．１３、Ｒ５＝２．５になるように秤量し、アルミナ乳鉢とアルミナ乳棒を用いて、３時間混合した。
【００２７】
【数１】
2005292163.tif 000002
【００２８】
この組成における融液の飽和温度Ｔｓは実験的に８１５℃と求められた。
混合粉末を直径６０ｍｍ、高さが５０ｍｍの白金坩堝に充填し、１０時間かけて８００℃まで昇温した。この温度で、混合粉末の一部を直径１０ｍｍ、高さが５ｍｍのペレットに成形し、２〜３個、坩堝にチャージした。このように、時間をかけて加熱したのは、原料酸化物の噴きこぼれを抑制するためである。この状態での液面高さは、約２０ｍｍであった。融液の測温は、液面より高さが０．５ｍｍの位置に、白金−白金ロジウム熱電対が入ったアルミナ保護管を固定して行った。また、必要に応じて、直接融液内に浸して測温した。その後、再び１０５０℃まで３時間かけて昇温し、アルミナ製シャフトに固定した白金板を融液に浸し、３時間撹拌した。撹拌後、白金板を取り出し、融液を５時間、静置した。静置後、融液を成膜温度（Ｔｇ＝７００℃〜８００℃）まで降温した。この時の過冷度ΔＴは、次式で定義されるので、
ΔＴ＝Ｔｓ−Ｔｇ
ΔＴ＝１５℃〜１１５℃まで変化させたことに相当する。
【００２９】
（両面成膜）
図３に示した装置を用い、アルミナ製シャフトに固定した白金製ホルダーで、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２（ＧＧＧ）基板（直径が１インチ、厚さ０．５ｍｍ）を水平に保持し、融液の表面近傍の位置で予備加熱した後、基板を融液に完全に浸し、３０ｒｐｍの速度で回転しながら、５分保持し、成長させた。この時の過冷度ΔＴは６８．３℃であった（融液温度は７４６．７℃）。また、ＧＧＧ基板の方位は＜１００＞である。
融液から引き上げた基板を１０００ｒｐｍの高速回転で、表面の融液を振り切った後、３０分かけて炉から取り出した。成膜した試料表面には、高速回転の融液振り切りを行っても十分に融液が除去できなかったので、１０％硝酸液で５分間、超音波洗浄し、更に純水で１分、アセトンで３０秒洗浄した。これでも、基板表面には残留融液の付着が見られたので、鏡面研磨を施し、残留融液の除去を行った。
上述したように、基板を融液に浸しているので、基板の両面にＢｉ置換磁性ガーネット膜が成長している。そのため、機械的に基板下面に成膜したＢｉ置換磁性ガーネット膜を研磨し、削り落としてから種々の評価を行った。
【００３０】
（Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の評価）
過冷度ΔＴ＝６８．３℃で作製したＢｉ置換磁性ガーネット膜（試料番号＃１）の室温におけるＸ線回折パターンから、Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の室温における下記式で停止する格子整合性（Δａ）
Δａ＝（Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数−ＧＧＧ基板の格子定数）
は０．００１２Åであった。
このＢｉ置換磁性ガーネット膜を偏光顕微鏡を用いて磁区の観察を行った。ただし、このままでは、磁区観察が行えないので、図２に示すように、Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の上に光反射率の高いＡｇを５０００Å程度蒸着した。Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の膜厚は、試料の断面観察を光学顕微鏡で行い決定した。図４に光学顕微鏡によるＢｉ置換磁性ガーネット膜の断面観察結果を示す。断面観察結果からＢｉ置換磁性ガーネット膜の膜厚はおおよそ、３μｍ程度であることが分かる。図５に磁区の偏光顕微鏡写真を示す。磁区が見られるものの、磁化容易軸が基板と平行である（面内磁化膜と呼ぶ）ために、縞模様の磁区構造は見られなかった。
【００３１】
［比較例１］
融液を実施例１と同様な方法で作製した。また成膜方法は実施例１と過冷度ΔＴが異なる他は同様な方法で行った。
表１に、過冷度ΔＴ＝２５．１℃、６３．９℃、７５．４℃で成膜したＢｉ置換磁性ガーネット膜（試料番号＃２〜＃４）の室温における格子整合性（Δａ）を示す。表１から分かるように、過冷度ΔＴの増加と共に、Δａが大きくなっていくのが分かる。
図６にこれらＢｉ置換磁性ガーネット膜の室温における磁区の偏光顕微鏡写真を示す。  図６（ａ）は＃２、図６（ｂ）は＃３、図６（ｃ）は＃４をそれぞれ示す。
＃２と＃３では、磁化容易軸が基板に対して垂直であるため、偏光顕微鏡写真には、典型的な縞模様の磁区構造が見られる（垂直磁化膜と呼ぶ）。また、＃２の膜では、Δａが負に大きくなっているため膜中にクラックが見られた。更に過冷度ΔＴを増加させ、過冷度ΔＴが７５．４℃になる（試料番号＃４）と垂直磁化膜と面内磁化膜の混合状態となった。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
［実施例２］
（片面成膜）
融液を実施例１と同様な方法で作製した。成膜方法は、実施例１において基板の回転数が１００ｒｐｍ、過冷度ΔＴが６８．４℃および６０．８℃、基板を融液に片面だけ浸した点及び成膜後の後処理が異なる他は実施例１と同様な方法で行った。
成膜後の化学的洗浄を次のように変えた。１０％硝酸溶液で５分洗浄した後、１５０℃の熱リン酸で３０秒、更にその後、１０％硝酸溶液で５分洗浄した。その後、純水で１分、アセトンで３０秒洗浄した。各工程後のＢｉ置換磁性ガーネット膜の外観写真を図７に示す。最初に硝酸で洗浄した後のＢｉ置換磁性ガーネット膜の外観写真を図７（ａ）に、また、熱リン酸洗浄後に硝酸洗浄して得られたＢｉ置換磁性ガーネット膜の外観写真を図７（ｂ）に示す。最終硝酸洗浄工程後には、残留融液がない鏡面なＢｉ置換磁性ガーネット膜が得られた。
過冷度ΔＴが６８．４℃（＃５）および６０．８℃（＃６）で作製したＢｉ置換磁性ガーネット膜の室温におけるＸ線回折パターンから、室温における格子整合性（Δａ）がそれぞれ、＃５がΔａ＝０．０１１Å、＃６がΔａ＝０．００１Åとなった。図８に＃５と＃６のＢｉ置換磁性ガーネット膜の室温における磁区の偏光顕微鏡写真を示す。＃５では、磁区が見られるものの、磁化容易軸が基板と平行である（面内磁化膜と呼ぶ）ために、縞模様の磁区構造は見られなかった。また、＃６では、磁区がまったく見られない完全な面内磁化膜が得られた。
【００３４】
［比較例２］
融液を実施例１と同様な方法で作製した。また成膜方法は実施例２と過冷度ΔＴが４５．４℃で異なる他は同様な方法で行った。
過冷度ΔＴが４５．４℃で作製したＢｉ置換磁性ガーネット膜（試料番号＃７）の室温におけるＸ線回折パターンから、室温における格子整合性（Δａ）が、Δａ＝−０．０２１２Åとなった。図９に＃７の室温における磁区の偏光顕微鏡写真を示す。磁化容易軸が基板に対して垂直であるため、偏光顕微鏡写真には、典型的な縞模様の磁区構造が見られた。更に、Δａが負に大きくなったために、Ｂｉ置換磁性ガーネット膜中に図９中に示した矢印の箇所に大きなクラックが導入されていた。
【００３５】
［磁気光学媒体についての試験］
実施例２で得た試料（＃５、＃６）と比較例２で得た試料（＃７）について、Δａ（＝Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数−ＧＧＧ基板の格子定数）の温度依存性を調べた。
その結果を図１０に示す。
＃７のＢｉ置換磁性ガーネット膜は図９に示したように垂直磁化膜であり、そのΔａは使用する温度範囲（例えば１０Ｋ〜３００Ｋ）で常に負となり本件発明で規定する要件を満たさない。
一方、＃６のＢｉ置換磁性ガーネット膜は図８に示したように面内磁化膜であり、室温でΔａが正の値であって、本件発明で規定する要件を満たしている。すなわち、室温で使用する場合には、この膜が最適なものとなる。
しかしながら、＃６のＢｉ置換磁性ガーネット膜は、液体窒素温度（７７Ｋ）では負の値となり、本件発明で規定する要件を満たさない。この温度領域では＃６のＢｉ置換磁性ガーネット膜は、面内磁化膜から垂直磁化膜に変化している可能性が高い。
従って、液体窒素温度（７７Ｋ）で使用するためには＃５が最適なものとなる。
図１１は、格子整合条件Δａ＝０を、使用する温度で維持するためには、成膜時にどのような過冷度をとれば良いのかを示した図である。
この図から、室温で、Δａを満足させるにはΔＴを約６０℃とし、−２００℃でΔａを満足させるためにはΔＴを約６５℃にすれば良いことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明のＢｉ置換磁性ガーネット膜は、材料の磁化状態を視覚化することができるので、磁気情報の読み取り検査装置及び超電導材料の評価装置用媒体として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】磁気光学法（ＭＯ）による磁束観察装置の模式図である。
【図２】本発明の磁気光学媒体にミラー層である銀を蒸着した時の模式断面図である。
【図３】ガーネット基板にＢｉ置換磁性ガーネット膜をエピタキシャル成長させるための装置の例を示す図である。
【図４】実施例で得た本発明のＢｉ置換磁性ガーネット膜（試料番号＃１）の断面組織写真を示す図である。
【図５】実施例で得た本発明のＢｉ置換磁性ガーネット膜（試料番号＃１）の室温における磁区を観察した写真を示す図である。
【図６】それぞれ異なる過冷度で成膜したＢｉ置換磁性ガーネット膜（試料番号＃２〜＃４）の室温における磁区を観察した写真を示す図である。
【図７】エッチング工程後のＢｉ置換磁性ガーネット膜の外観写真を示す図である。
【図８】実施例で得た本発明のＢｉ置換磁性ガーネット膜（試料番号＃５と＃６）の室温における磁区を観察した写真を示す図である。
【図９】実施例で得たＢｉ置換磁性ガーネット膜（試料番号＃７）の室温における磁区を観察した写真を示す図である。
【図１０】Δａ（＝Ｂｉ置換磁性ガーネット膜の格子定数−ＧＧＧ基板の格子定数）の温度依存性を示す図である。
【図１１】Δａ＝０を維持するための、使用温度と過冷度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  磁気光学媒体
２  試料
３  試料室
４  光源
５  ポーラライザー（直線偏光子）
６  ミラー
７  ガラス窓
８  対物レンズ
９  アナライザー（直線偏光子）
２１  ガーネット単結晶基板
２２  Ｂｉ置換磁性ガーネット膜
２３  ミラー膜
３１  アルミナ製シャフト
３２  白金製ホルダー
３３  白金ルツボ
３４  融液ルツボ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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