波長多重光干渉リングを用いたスピン波分散型演算回路の開発

利用波长复用光学干涉环开发自旋波色散计算电路

• 批准号: 18J12753
• 负责人: 吉本 拓矢
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J12753/
• 关键词: スピン波; イットリウム鉄ガーネット; 位相干渉器; 光干渉リング; 磁気異方性; 薄膜

スピンの歳差運動の波である，スピン波（ＳＷ）をキャリアとして利用したＳＷ回路は，低消費電力な素子を実現可能な技術として注目されている。しかし，ＳＷは伝搬距離が短いためＳＷ回路間の通信が課題となっていた。本研究課題の目的は，光配線技術をＳＷ回路間に適用したＳＷ分散型演算回路の開発である。ＳＷ回路の演算結果を，光を用いて検出し，次段のＳＷ回路へと接続することで，ＳＷ回路を用いた情報処理システムの構築を可能にする。本年度は，ＳＷ分散型演算回路の小型化に必要な，薄膜イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）中を伝搬するＳＷを用いたＮＡＮＤゲートの動作実証と，格子不整合によるＹＩＧの磁気異方性の変調を行った。従来のＳＷ論理ゲートは，ＳＷ回路の演算結果を取得する光干渉リングと比べて，サイズが桁違いに大きく，集積化が困難であった。論理ゲートの小型化には，ＳＷの短波長化が有効であるが，導波路としてＳＷがシングルモードで伝搬可能な薄膜ＹＩＧを用いる必要があった。そこで，膜厚３５０ナノメートルのＹＩＧ上に，ＮＡＮＤゲートとして動作する３入力１出力のＳＷ位相干渉器を作製した。ＹＩＧの不要な部分を金属でカバーする，メタルクラッド構造を用いて位相干渉器を作製した結果，ＳＷの干渉によるＮＡＮＤゲートとしての動作を実証した。一方，磁性体を薄膜化すると，形状磁気異方性の影響によって，ＳＷ励起に必要な磁界が大きくなる。ＳＷ分散型演算回路を小型化するには，ＹＩＧを磁化飽和させるために必要な磁界の低減も必要である。そこで，基板とＹＩＧの格子不整合に起因する応力を利用して，磁気異方性を変調した。異なる格子定数を持つ複数の基板上にＹＩＧを形成し，ＳＷの伝搬特性を評価した結果，最も大きな応力が加わったネオジムガリウムガーネット基板を用いることで，磁化飽和に必要な磁界を半分以下に抑えることに成功した。

使用自旋波（SW）的SW电路（SW）作为携带者，作为载体的旋转，吸引了人们的注意，因为可以实现低功耗元素的技术。但是，由于SW的传播距离很短，因此SW电路之间的通信已成为一个问题。该研究主题的目的是开发SW分布式算术电路，其中SW电路之间采用光接线技术。通过使用灯检测SW电路的计算结果并将其连接到下一阶段的SW电路，可以使用SW电路构建信息处理系统。今年，我们使用SW通过薄膜Yttrium Iron Garnet（YIG）演示了NAND​​门的运行，这对于SW分布式算术电路的微型化是必不可少的，并调节了由于lattice Mismatch而引起的YIG的磁性各向异性。常规的SW逻辑门的大小比光学干扰环大的数量级大，该光学干扰环获得了SW电路的计算结果，因此很难集成。为了使逻辑门微型化，缩短SW的波长是有效的，但是有必要使用薄膜YIG允许SW以单个模式作为波导传播。因此，将3个输入的单输出SW相干干涉仪作为NAND栅极起作用，在YIG上构造，厚度为350纳米。由于使用金属覆盖不必要的部分的金属外壳结构制造相干干涉仪，因此证明由于SW干扰，其作为NAND闸门的运行。另一方面，当磁性材料变薄时，由于形状磁各向异性的影响，SW激发所需的磁场会增加。为了使SW分布的算术电路微型化，还必须减少磁化磁力饱和YIG所需的磁场。因此，通过利用底物和YIG之间的晶格不匹配引起的应力来调节磁各向异性。在具有不同晶格常数的多个底物上形成YIG，并评估了SW的传播特性。通过使用具有最大应力的新卫生式石榴石底物，将磁化饱和度所需的磁场降低到不到一半。

项目成果

Effect of magnetoelastic anisotropy modulation on spin wave propagation properties of yttrium iron garnet films

磁弹性各向异性调制对钇铁石榴石薄膜自旋波传播特性的影响

• 发表时间: 2018
• 作者: Takuya Yoshimoto;Taichi Goto;Takuya Iwamoto;Yuichi Nakamura;Hironaga Uchida;Caroline A. Ross;Mitsuteru Inoue
• 通讯作者: Mitsuteru Inoue

Interference of forward volume spin waves using yttrium iron garnets

使用钇铁石榴石干涉前向体积自旋波

• 发表时间: 2018
• 作者: Taichi Goto;Takuya Yoshimoto;Caroline A. Ross;Koji Sekiguchi;Alexander B. Granovsky;Yuichi Nakamura;Hironaga Uchida;Mitsuteru Inoue
• 通讯作者: Mitsuteru Inoue

Static and Dynamic Magnetic Properties of Single‐Crystalline Yttrium Iron Garnet Films Epitaxially Grown on Three Garnet Substrates

• DOI: 10.1002/aelm.201800106
• 发表时间: 2018-07
• 期刊: Advanced Electronic Materials
• 影响因子: 6.2
• 作者: T. Yoshimoto;T. Goto;Kei Shimada;Bungo Iwamoto;Yuichi Nakamura;H. Uchida;C. Ross;M. Inoue

格子不整合を利用したスピン波導波路用イットリウム鉄ガーネットの磁気異方性の制御

利用晶格失配控制自旋波导用钇铁石榴石的磁各向异性

• 发表时间: 2019
• 作者: 吉本拓矢;後藤太一;岩本文吾;中村雄一;内田裕久;井上光輝
• 通讯作者: 井上光輝

Yttrium iron garnet waveguide for forward volume spin wave interference

用于前向体自旋波干涉的钇铁石榴石波导

• 发表时间: 2018
• 作者: Taichi Goto;Takuya Yoshimoto;Caroline A. Ross;Koji Sekiguchi;Alexander B. Granovsky;Yuichi Nakamura;Hironaga Uchida;Mitsuteru Inoue
• 通讯作者: Mitsuteru Inoue