Research and development of eddy current testing method using terahertz wave emission from spin current

本研究では，磁場に依存したスピン流からのテラヘルツ(THz)波放射を利用し，従来よりも飛躍的に高い空間分解能を有する渦電流探傷法を開発することを目的としている。そのために，① 金属スピントロニック素子からのTHz波放射を高効率化するとともに，②励磁コイル，スピントロニック素子，THz波検出素子を一体化した渦電流探傷プローブを開発する。また，③THz波放射信号から欠陥を判別するためのDeep Learningによるアルゴリズムと信号処理システムの開発に取り組む。本年度は以下の研究を実施した。(1) 昨年度，Diabolo(ボウタイ)型，円形，矩形（Dipole型）のアンテナ構造を持つ金属スピントロニック素子を試作したが，このうちTHz波放射効率が最も高かった矩形（Dipole型）アンテナ構造を持つ素子に対して，その金属膜厚とアンテナ形状を最適化した。矩形（Dipole型）アンテナ構造を持つ金属スピントロニック素子からのTHz波放射効率は，アンテナ構造を持たない場合に比べて，振幅ベースで7倍近く増大した。(2) 金属スピントロニック素子からのTHz波の検出には，磁場の影響を受ける電気光学結晶に代わり，光伝導アンテナ素子を用いることにし，金属スピントロニック素子と光伝導アンテナ素子を一体化した磁場プローブを設計した。(3) 渦電流を発生させるための励磁コイルを試作した。また励磁コイルによる磁場変調で，金属スピントロニック素子からのTHz波放射を変調し，ロックインアンプを使用して位相同期検出できることを実証した。

本研究では，磁場に依存したスピン流からのテラヘルツ(THz)波放射を利用し，従来よりも飛躍的に高い空間分解能を有する渦電流探傷法を開発することを目的としている。そのために，① 金属スピントロニック素子からのTHz波放射を高効率化するとともに，②励磁コイル，スピントロニック素子，THz波検出素子を一体化した渦電流探傷プローブを開発する。また，③THz波放射信号から欠陥を判別するためのDeep Learningによるアルゴリズムと信号処理システムの開発に取り組む。本年度は以下の研究を実施した。(1) 昨年度，Diabolo(ボウタイ)型，円形，矩形（Dipole型）のアンテナ構造を持つ金属スピントロニック素子を試作したが，このうちTHz波放射効率が最も高かった矩形（Dipole型）アンテナ構造を持つ素子に対して，その金属膜厚とアンテナ形状を最適化した。矩形（Dipole型）アンテナ構造を持つ金属スピントロニック素子からのTHz波放射効率は，アンテナ構造を持たない場合に比べて，振幅ベースで7倍近く増大した。(2) 金属スピントロニック素子からのTHz波の検出には，磁場の影響を受ける電気光学結晶に代わり，光伝導アンテナ素子を用いることにし，金属スピントロニック素子と光伝導アンテナ素子を一体化した磁場プローブを設計した。(3) 渦電流を発生させるための励磁コイルを試作した。また励磁コイルによる磁場変調で，金属スピントロニック素子からのTHz波放射を変調し，ロックインアンプを使用して位相同期検出できることを実証した。