Ricercatori della Toyohashi University of Technology in collaborazione con il Massachusetts Institute of Technology (MIT), hanno sviluppato un nuovo materiale in grado di mantenere un'elevata trasmissività dopo il trattamento termico a 850°C e hanno applicato con successo il materiale ai dispositivi ottici. I ricercatori hanno alternativamente laminato una pellicola di questo materiale ad alto indice di rifrazione e una pellicola di un materiale a basso indice di rifrazione per formare uno specchio dielettrico e quindi hanno utilizzato lo specchio per la produzione di dispositivi magneto-ottici, che richiede un trattamento termico ad alte temperature.

Recenti ricerche hanno dimostrato che la combinazione di noti, i materiali superiori possono produrre nuovi materiali che hanno prestazioni notevolmente migliorate rispetto ai materiali convenzionali. Però, combinare materiali diversi si rivela spesso una sfida; un materiale con buone proprietà se usato da solo può causare nuovi problemi se combinato con un altro materiale. I problemi legati al calore sono tra i più facili da capire. Per esempio, quando un materiale che richiede un trattamento termico ad una certa temperatura è combinato con un altro materiale che si degrada a quella temperatura, le prestazioni del prodotto risultante sono degradate, rendendo inutile una simile combinazione.

In questo studio, il gruppo di ricerca della Toyohashi University of Technology in collaborazione con il Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha alternativamente laminato un materiale ad alto indice di rifrazione e un materiale a basso indice di rifrazione per formare uno specchio dielettrico e lo ha combinato con un granato magnetico trasparente. Il granato magnetico richiede un trattamento termico a circa 750°C durante la formazione, e quindi lo specchio dielettrico deve resistere a questa temperatura. È ben noto che l'ossido di tantalio ³ , che è ampiamente utilizzato come materiale ad alto indice di rifrazione negli specchi dielettrici, cristallizza e perde gran parte della sua trasmissività a circa 700°C.

Questo studio utilizza tantalio amorfo ittrio ossido, che è stato studiato per essere utilizzato come materiale isolante, come materiale ad alto indice di rifrazione. L'ossido di ittrio di tantalio amorfo si forma aggiungendo una quantità di tracce di ossido di ittrio all'ossido di tantalio, e mantiene la trasmissività dopo il trattamento termico a 850°C, rendendolo adatto per la combinazione con granato magnetico. Con questa scoperta, il gruppo di ricerca ha superato il problema del degrado prestazionale causato dal trattamento termico, ed è riuscito a migliorare di circa dieci volte le prestazioni di un dispositivo integrato composto da uno specchio dielettrico e un granato magnetico.

"Abbiamo usato l'ossido di ittrio di tantalio amorfo per formare uno specchio dielettrico e l'abbiamo combinato con granato magnetico. In realtà, diverso dal granato magnetico, ci sono più materiali che non sono stati combinati con specchi dielettrici a causa del trattamento termico ad alta temperatura che è richiesto. Spero che le nostre scoperte contribuiranno a rendere utilizzabili anche questi materiali, ", afferma l'assistente professore Taichi Goto.

L'ossido di ittrio tantalio amorfo contiene ossido di tantalio come suo costituente principale e circa il 14% di ossido di ittrio. La presenza di molecole di ossido di ittrio tra le molecole di ossido di tantalio impedisce la cristallizzazione, con conseguente aumento della temperatura di cristallizzazione a circa 850°C o superiore. L'ossido di tantalio perde la sua trasmissività quando cristallizzato, ma nello studio la temperatura di cristallizzazione è stata aumentata e quindi la perdita di trasmissività dell'ossido di tantalio è stata prevenuta con successo. Lo studio fornisce un nuovo materiale in grado di conferire prestazioni migliorate ai dispositivi ottici.

"Il granato magnetico ha una vasta gamma di applicazioni, come display ultraveloci, dispositivi a onde di rotazione, e laser. Le prestazioni di questi dispositivi possono essere notevolmente migliorate combinando granato magnetico con specchi dielettrici contenenti il ​​nostro materiale ad alto indice di rifrazione, "dice Takuya Yoshimoto, un dottorato di ricerca studente incaricato della preparazione del campione per lo studio.

Il nuovo materiale amorfo tantalio ittrio ossido è producibile e stabile a temperatura ambiente, ed è promettente per l'applicazione futura ai dispositivi a onde di rotazione, dispositivi laser compatti contenenti granato magnetico, e così via.