マグノントランジスタによる無配線・電流ゼロコンピューティングへの挑戦

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マグノントランジスタは情報キャリアとしてスピン波（マグノン）を活用して消費電力が大幅に小さいデバイスを希求する研究分野である。本研究では、マグノントランジスタを活用して電流ゼロコンピューティングを実現するために、物理リザバーと呼ばれる演算素子の要素技術開発に挑戦した。信号処理デバイスへの入力信号解析をするとき、電子演算ではパターン認知などに多くのリソースが使用されてしまうが、波動性を有するマグノントランジスタではスピン波の干渉効果が入力信号の高次元写像を可能にし、パターン認識を代用することが可能と考えられている。研究当初のシミュレーションでは、微細構造試料における伝搬スピン波を使用することで非線形効果を仮想的に増大することが可能となり、スピン波信号でリザバー動作実現が可能であると予測を立てていた。実験的にパーマロイ薄膜におけるスピン波伝搬およびスピン波干渉を引き起こすために、人工格子構造を作製した。パーマロイ薄膜に周期的に溝をつけることで、各溝が単一スピン波の波源とみなすことができるようにした。磁気光学Kerr効果顕微鏡による時間分解測定を行ったところ、人工格子近傍で、非線形な観測地点場所に強く依存するスピン波信号を検出することに成功した。これらは複数検出点を用いることで特徴量を増加できることを意味している。この技術ではスピン波信号の検出には光学装置を使用しておりその装置規模を考えると、チップサイズの実デバイス応用を考えたときには不利である。そのため、電気的なリザバー動作検出・制御の観点から、マイクロメートルサイズの十字型パーマロイ薄膜を作製し、電気的別モード間スピン波干渉を実験した。表面モードとバックワードモードの干渉により従来の干渉より複雑な信号波形を得ることに成功し、電気的にリザバー応用可能な信号を抽出することに成功した。