AIの急速な普及によりデータセンターの消費電力増大が深刻な問題となっています。光信号で情報を伝送するシリコンフォトニクスが次世代技術として注目され、その心臓部となる光部品の鍵を握るのが磁気光学材料「磁性ガーネット」です。しかし最高性能の単結晶膜はシリコン基板上に直接成長できず貼り合わせ工程が必要で、直接成膜できる多結晶膜は性能が劣るため、この性能と集積性のトレードオフは30年来の難問でした。

そこで、TI-FRISフェロー・後藤太一准教授（東北大学電気通信研究所）がリードする、東北大学と京セラ株式会社による共同研究グループは、独自の「緩昇温結晶化プロセス」により、シリコン基板上に直接成膜できる新材料「ナノコンポジット磁性ガーネット膜」を作製しました。本材料は磁気光学の性能指数で従来の多結晶Ce:YIG膜の4倍を達成し、これを用いた集積型光アイソレーターもシリコンチップ上に実証しています。実用化に向けての大きな壁を乗り越えたと言えます。

本成果は2026年6月12日（現地時間）、米国化学会発行の学術誌ACS Applied Optical Materialsに掲載されました。論文はACS Editors' Choiceに選ばれ、オープンアクセスで公開されています。

図：ナノコンポジット磁性ガーネット膜の電子顕微鏡像 （a）高角度散乱暗視野走査型透過電子顕微鏡（HAADF-STEM）による断面像。粒の内部には、直径約10 nmの酸化セリウム（CeO₂）ナノ粒子（黒い粒子状の領域）が単結晶状のCe:YIG母相中に均一に分散している。（b）電子線後方散乱回折（EBSD）による表面解析像。直径1〜5 µmの結晶粒から構成された多結晶膜であり、それぞれの粒の結晶方位が異なることを色で表している。本材料は、ナノメートルスケールのナノコンポジット構造と、マイクロメートルスケールの多結晶構造という二階層の特徴をもつ。

論文情報：

タイトル：Nanocomposite Garnet-Enabled Monolithically Integrated Magneto-Optical Isolator Using an Asymmetric Mach−Zehnder Interferometer

著者：Tomoya Sugita, Hibiki Miyashita, Reona Motoji, Dan Maeda, Hiroki Yamamoto, Yuki Yoshihara, Kazushi Ishiyama, and Taichi Goto*

*責任著者：東北大学　電気通信研究所　准教授　後藤太一

掲載誌：ACS Applied Optical Materials

DOI: 10.1021/acsaom.6c00176