不揮発磁気光学デバイス実現に向けた光導波路を介した高速スピン制御手法の開発

开发通过光波导的高速自旋控制方法以实现非易失性磁光器件

• 批准号: 22K20440
• 负责人: 村井 俊哉
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20440/
• 关键词: 光集積回路; 磁気光学材料; シリコンフォトニクス; 逆ファラデー効果; 磁気光学; 磁気記録

研究初年度は、数mW程度の世界最小レベルの光入力で、光導波路を介した逆ファラデー効果による有効磁界の観測を目的として、検証用デバイスであるCe:YIG上a-Si導波路マイクロリング共振器(MRR)の作製および測定系の構築を進めた。最初のステップとして、磁化が光に影響を及ぼす磁気光学効果による光学特性の変化を調べるため、CW光に対するデバイス光応答を測定した。集積された電磁コイルにより外部磁界を発生させMRR下のCe:YIGを磁化した。続いて順方向、逆方向のそれぞれ異なる二つの方向から光を導波させた結果、伝搬方向に対応した共振波長の変化、磁気光学効果による非相反的な光伝搬特性の観測に成功した。つづいて、光が磁化に及ぼす影響を調査するために、pump-probe法による時間領域での光応答を測定した。Pump光の入力直後、逆方向と順方向の伝搬方向のProbe光出力強度が異なる応答を示した。そのためこの急峻な変化にはPump光を介した逆ファラデー効果による磁化の応答も含まれている可能性があることが判明した。この測定だけでは、逆ファラデー効果による応答のみを切り分けて、応答速度やその大きさを実験的に評価することは難しく、次年度も引き続きデバイス評価を続け、詳細な値を解析する予定である。加えて、SOI/Ce:YIG導波路の設計を進めた。設計を行うために、導波路伝搬光によって発生する有効磁界および磁気光学効果のシミュレーション環境を構築した。a-Si導波路を用いた原理検証デバイスでは1Wの光入力パワーで有効磁界は最大400 Oe程度しか生じないが、Siプラットフォーム上に形成するデバイスでは最大で1000Oeの有効磁界が生じ、効率が2倍程度改善することが分かった。MRRと入力導波路の結合効率など、設計パラメータの最適化を進め、テープアウトを行った。

在研究的第一年中，我们在CE：YIG（YIG）上制造和构建了A-SI波导微孔谐振器（MRR），并构建了测量系统，目的是通过光学波导通过光学波导观察有效的磁场，以观察世界上最小的光学输入级别的少数MW的光学效果。第一步，测量了对CW光的设备光学响应，以研究由于影响光的磁光效应而引起的光学性质的变化。集成的电磁盘管产生了外部磁场，以在MRR下磁化CE：YIG。接下来，在向前和逆向方向上从两个不同方向引导，结果，与磁电效应效应造成的共振波长的变化被成功地观察到了与传播方向相对应的谐振波长。接下来，为了研究光对磁化的影响，通过泵探针方法测量了时域光响应。输入泵灯后，立即在反向和正向传播方向上的探针输出强度显示出不同的响应。因此，发现这种突然的变化也可能包括由于泵光而导致的磁化响应。仅使用此测量，很难将由于反向法拉第效应引起的响应分开，并在实验上评估响应速度及其幅度，并且将继续评估设备，并将在明年进行评估，并将分析详细的值。此外，我们已经进行了SOI/CE：YIG波导的设计。为了进行设计，为波导传播光产生的有效磁场和磁光效应创建了模拟环境。在使用A-SI波导的原理验证设备中，在1W的光学输入功率1W时最大生成了有效磁场，但是在SI平台上形成的设备中，产生了高达1000 OE的有效磁场，该磁场已发现可提高效率大约两倍。优化了设计参数，包括MRR和输入波导之间的耦合效率，并进行了磁带。

项目成果

磁気光学ガーネット上シリコン導波路を介した逆ファラデー効果に関する検討

磁光石榴石硅波导反法拉第效应研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 村井 俊哉;高 磊;庄司 雄哉;山田 浩治
• 通讯作者: 山田 浩治