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

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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。