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。

The difference in the movement of the wave is small, and the wave (SW) is small. The communication between SW circuits is a problem. The purpose of this research is to develop SW distributed computing circuits by applying optical distribution technology between SW circuits. The calculation result of SW loop can be detected by light source, and the SW loop of sub-stage can be connected by light source. The SW loop can be constructed by information processing. This year, it is necessary to miniaturize SW distributed computing circuits, and the operation of SW distributed NAND circuits in thin film semiconductor (YIG) is demonstrated. The magnetic anisotropy of YIG is modulated due to lattice unconformity. The SW logic is to obtain the result of the SW loop calculation. In addition to the miniaturization of logic components, the short wavelength of SW is also effective, and it is necessary for waveguides and SW switches to be used for transmission and thin film YIG. The film thickness is 350 mm, and the YIG is controlled by the NAND phase interrupter with 3 inputs and 1 output. YIG's main part is metal, and the structure of the switch is used to control the operation of the switch. The operation of the switch is verified. A square, magnetic material thin film, shape magnetic anisotropy influence, SW excitation necessary magnetic field increase. SW distributed computing circuits are required to reduce magnetic field saturation. In this case, the lattice disconformity of the substrate and the YIG is caused by the use of magnetic anisotropy. The number of different lattices is determined by the formation of a YIG on a plurality of substrates. The SW transfer characteristics are evaluated. As a result, the maximum magnetic force is increased. The magnetization saturation is necessary for the magnetic field to be reduced by half.

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