マグノントランジスタ作製へ向けたスピン波帰還構造の研究

用于制作磁振子晶体管的自旋波反馈结构研究

基本信息

批准号：
22KJ1403
负责人：
岩場雅司
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1403/
关键词：
スピン波マグノニクスマグノン

项目摘要

磁気の歳差運動を波として伝えるスピン波を用いたマグノニクス分野は、ジュール熱の発生しない超低消費電力の情報伝達システムとして利用が期待されている。本研究では、スピン波の集積回路に向けた増幅機構の確立のため、マイクロメートルスケールでのスピン波帰還構造の開発を行っている。試料作製においては、レーザリソグラフィー装置と超高真空スパッタ装置を活用して、最小線幅2 μmを有する全長50 μmの微細化スピン波帰還構造を作製した。帰還構造は、リング型ループ回路を直線上の導波路に接続した構造である。スピン波帰還構造としてスピン波励起アンテナ、増幅アンテナ、リング共振部を含む導波路を設計した。スピン波帰還構造のリングループ導波路におけるスピン波周回伝搬を調べるため、空間分解能250 nmの精度を有するブリルアン散乱分光法を用いてスピン波の空間分布を測定した。励起アンテナ部から生成されたスピン波は帰還構造のリング型ループ回路に分岐伝搬した。リング型ループ回路でのスピン波強度はループ回路全体で観測され、リング部でのモード変換が生じて伝搬していることが確認された。一方、増幅アンテナを使用してスピン波帰還構造から出力されるスピン波振幅の計測を行った結果、ループ構造を有していない直線導波路に比べて大きくなることが確認できた。増幅アンテナの入力電力位相を制御することで最大３倍の増幅効果を得ることに成功した。帰還構造の増幅器としての有用性を示すことができ、スピン波素子の集積化へ向けた利用が期待できる。

Magnonics利用自旋波将磁进动以波的形式传输，有望用作不产生焦耳热的超低功耗信息传输系统。在这项研究中，我们正在开发微米级的自旋波反馈结构，以建立自旋波集成电路的放大机制。在样品制备方面，利用激光光刻系统和超高真空溅射系统制备了总长度为50 μm、最小线宽为2 μm的小型化自旋波反馈结构。反馈结构是环形环路与线性波导连接的结构。包括自旋波激励天线、放大天线和环形谐振器的波导被设计为自旋波反馈结构。为了研究自旋波在具有自旋波反馈结构的环形波导中的圆形传播，我们使用空间分辨率为250 nm的布里渊散射光谱测量了自旋波的空间分布。从激励天线部分产生的自旋波分支并传播到具有反馈结构的环路电路。在整个环路中观察到环形环路中的自旋波强度，并确认在环部分发生模式转换并传播。另一方面，作为使用放大天线测量从自旋波反馈结构输出的自旋波振幅的结果，确认自旋波振幅大于没有环形结构的直波导的自旋波振幅。通过控制放大天线的输入功率相位，我们成功获得了高达三倍的放大效果。可以证明反馈结构作为放大器的有效性，并且可以预期将其用于自旋波器件的集成。