Strain dirigerer spin-bølger

Chipudvikling kompliceres af de stigende temperaturer i moderne elektroniske enheder baseret på halvledermaterialer. Derfor, udviklingen af ​​spin-bølge integrerede kredsløb (IC'er), der kan udføre informationsbehandling ved at manipulere spin, snarere end varmeproducerende elektronbevægelser, har fået opmærksomhed. Inden for dette felt, Spin-bølger transmitteret gennem en magnetisk isolatorfilm viser lavt energitab og muliggør langdistancetransmission. På den anden side, for at transmittere spin-bølger i en magnetisk isolatorfilm, det var tidligere nødvendigt at fastgøre relativt store permanente magneter til den magnetiske isolatorfilm, hvilket var et problem for at realisere spin-bølge IC'er.

Taichi Goto ved Toyohashi University of Technology og Caroline Ross fra Massachusetts Institute of Technology og andre samarbejdede om at skabe en enkeltkrystallinsk yttriumjerngranat (YIG) film som en magnetisk isolator på flere substrater, og transmittere spin-bølgerne. Derefter studerede de indflydelsen af ​​størrelsen af ​​spændingen i den magnetiske isolatorfilm på en spin-bølge. Som resultat, de fandt ud af, at hvis stressstørrelsen er stor, spin-bølger transmitteres, selvom de vedhæftede permanente magneter er svage. Dette skyldes, at hvis der er stress i den magnetiske isolatorfilm, det har samme effekt som at placere svage permanente magneter i umiddelbar nærhed.

Ifølge adjunkt Goto, "YIG er et af de mest bemærkelsesværdige materialer på det seneste, og nye enheder og nye fænomener ved hjælp af denne teknologi, inklusive spin-bølger, bliver opdaget den ene efter den anden. Blandt disse opdagelser, vi er førende i verden med at udvikle spin wave IC'er ved hjælp af YIG. I fortiden, forholdet mellem den statiske magnetiske reaktion skabt af stress og den dynamiske reaktion, der indikerer opførselen af ​​spin-bølger i YIG-film, var ikke godt forstået. Dette vigtige udviklingsstykke var det, vi ønskede at få på plads med denne forskning."

Takuya Yoshimoto, en forsker i Japan Society for the Promotion of Science (JSPS), der arbejdede på at danne prøverne, sagde, "Denne forskning har givet en ligning, der repræsenterer forholdet mellem stress og spin-bølger i magnetiske isolatorfilm. Dette er ikke kun et meget vigtigt skridt hen imod realiseringen af ​​spin-bølge IC'er, men accelererer også forskning og udvikling på højfrekvente magnetiske egenskaber i GHz-båndet. inklusive spinbølger og magnetiske materialer i nano- og mikroskalaen."

I denne forskning, en YIG tynd film med en tykkelse på omkring 100 nm blev dannet på tre granatsubstrater med samme granatstruktur som YIG, men forskellige gitterkonstanter ved brug af pulseret laseraflejring, og blev brugt til at undersøge krystalstruktur, krystal stamme, og stressstørrelse. Et par elektroder til at excitere og detektere spin-bølger blev dannet på den fremstillede YIG ved hjælp af elektronstrålelitografi, og forholdet mellem det eksterne magnetfelt og spin-bølgens udbredelsesfrekvens blev målt. Spredningsligningen for spinbølgen inklusive ændringen i magnetisk anisotropi på grund af krystalspænding blev beregnet, og det blev bekræftet, at de beregnede resultater var næsten lig med de målte resultater. Også, ved at ændre størrelsen af ​​den genererede stamme, størrelsen af ​​magneten, der kræves for at excitere spin-bølgen, var i stand til at blive reduceret med omkring 2,5 gange sammenlignet med sagen uden belastning. Som resultat, hele spin-bølge IC kan miniaturiseres, og enheden kan fremstilles på en chip. I fremtiden, forskerholdet vil anvende spin-bølge-multi-input/output-faseinterferensenheden i denne teknik på rigtige spin-bølge-enheder, med det oprindelige formål at demonstrere funktionen af ​​en spin-bølge IC fremstillet på en chip.