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

自旋流太赫兹波发射涡流检测方法的研究与开发

• 批准号: 21H01387
• 负责人: 谷 正彦
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: University of Fukui
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01387/
• 关键词: テラヘルツ波; スピン流; 渦電流探傷法; 金属スピントロニック素子; 光伝導アンテナ素子; 磁場プローブ; 電気光学サンプリング; 磁気光学効果

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。

The purpose of this study is to develop eddy current flaw detection method based on high spatial resolution energy and magnetic field dependence. In addition, the THz wave emission of metal particles is highly efficient, and the excitation of THz particles is integrated with the eddy current detection. 3. THz wave emission signal detection, Deep Learning, signal processing and system development. This year, the following research has been carried out. (1)Last year, Diabolo type, circular type, rectangular type (Dipole type) and other structures were tested to optimize the metal film thickness and shape. The THz wave emission efficiency of rectangular (Dipole type) structure is nearly 7 times larger than that of rectangular structure. (2)The THz wave generation and magnetic field influence of metal crystals and optical crystals are affected by the electric field and magnetic field. The metal crystals and optical crystals are integrated into the magnetic field. (3)Eddy current generation and excitation The magnetic field of the excitation system is modulated, and the THz wave emission of the metal is modulated, and the phase synchronization is realized.

项目成果

Terahertz Emission Properties of Spintronic Fe/Pt Bilayer and Antenna-Structures

自旋电子 Fe/Pt 双层和天线结构的太赫兹发射特性

• 发表时间: 2021
• 作者: Masahiko Tani;Miezel Talara;Dmitry Bulgarevich;Valynn Katrine Mag-usara;Keita Tominaga;Mary Clare Escano;Christopher E. Petoukhoff;Julien Madéo;David R. Bacon;Keshav Dani;Hideaki Kitahara;Joselito Muldera;Takashi Furuya;Makoto Nakajima
• 通讯作者: Makoto Nakajima

フィリピン大学Diiman校(フィリピン)

菲律宾迪曼大学（菲律宾）

Noncollinear electro-optic sampling detection of terahertz pulses in a LiNbO₃ crystal while avoiding the effect of intrinsic birefringence

LiNbO₃晶体中太赫兹脉冲的非共线电光采样检测，同时避免本征双折射的影响

• DOI: 10.1364/oe.446281
• 发表时间: 2022
• 期刊: Optics Express
• 影响因子: 3.8
• 作者: Shugurov A. I.;Bodrov S. B.;Mashkovich E. A.;Kitahara H.;Abramovsky N. A.;Tani M.;Bakunov M. I.
• 通讯作者: Bakunov M. I.

アンテナ構造による金属スピントロニック素子からのテラヘルツ波放射効率の増強

通过天线结构增强金属自旋电子元件的太赫兹波辐射效率

• 发表时间: 2022
• 作者: 小林可奈，Miezel Talara;Dmitry Bulgarevich;渡邊誠，北原英明，谷正彦
• 通讯作者: 渡邊誠，北原英明，谷正彦

Ni/Pt spintronic emitters as potential reliable THz source

Ni/Pt 自旋电子发射器作为潜在可靠的太赫兹源

• 发表时间: 2021
• 作者: JP Ferrolino;NI Cabello;A De Los Reyes;H Bardolaza;IC Verona;VK Mag-usara;J Afalla;M Talara;H Kitahara;W Garcia;A Somintac;A Salvador;M Tani and E Estacio
• 通讯作者: M Tani and E Estacio