Udtryk af stopbånd i fremadgående volumens spin-bølger

En forskningsgruppe ledet af assisterende professor Taichi Goto ved Toyohashi University of Technology har, for første gang, demonstrerede stopbånd, der forhindrer spredning af specifikke frekvenskomponenter i spin -bølger med fremadgående volumen. Disse transmitteres gennem magnetiske isolatorer uden strøm, og kunne anvendes på den næste generation af integrerede kredsløb (IC'er).

Desuden, blandt de spin -bølger, der er blevet bekræftet, spin -bølger fremad volumen er de mest egnede til informationstransmission i IC -chips, og der er store forventninger til deres anvendelse. Imidlertid, indtil nu, støj i fremadgående volumen spin -bølger var stor, og stopbåndene, som er blandt de grundlæggende fysiske fænomener, ikke kunne observeres. I denne demonstration, en magnetisk isolator blev kombineret med metal for at undertrykke støjen i fremadgående volumen spin-bølger, og ekspressionen af ​​stopbånd blev bekræftet eksperimentelt.

Denne forskning blev udført i fællesskab af adjunkt Taichi Goto, Ph.d. studerende Kei Shimada, Lektor Yuichi Nakamura, Professor Hironaga Uchida, og professor Mitsuteru Inoue fra Toyohashi University of Technology. Derudover prøverne, der blev brugt til eksperimentet, blev udarbejdet under et fælles forskningsinitiativ med Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.

På grund af stigninger i energitæthed, der ledsager øget integration, spåntemperaturerne er blevet høje, forårsager fejl. Derfor, udviklingen af ​​spin -wave IC -chips, der kan behandle information ved at transmittere spin frem for elektroner, vil i høj grad reducere varmegenerering. Specifikt, spinbølger, der rejser gennem magnetiske isolatorer, har fordelen ved lavt energitab og langdistancetransmission. Desuden, blandt spinbølgerne, hvis eksistens er blevet bekræftet, fremadgående volumen spin-bølger, der transmitterer i alle retninger, siges at være mest velegnede til IC'er, fordi de kan forbindes diagonalt eller i buede former såvel som lineært. På den anden side, disse fremadgående volumens spin-bølger er støjende, og flere fundamentale spin-bølge-fænomener er endnu ikke blevet påvist. Demonstration af disse grundlæggende principper er uundværlig for udviklingen af ​​IC -chips og er blevet et vigtigt spørgsmål.

Nu, en forskergruppe ledet af Taichi Goto fra Toyohashi University of Technology rapporterer, at de kombinerede en yttrium -jerngranat (YIG) - en enkelt krystaloxid, kendt som en magnetisk isolator - med to metaller (guld og kobber) for at undertrykke støj. Gennem denne tilgang, forskergruppen var i stand til at bekræfte ekspressionen af ​​stopbånd i spin -bølger fremad for volumen eksperimentelt for første gang.

I denne forskning, de udarbejdede et system, der kunne simulere udbredelsen af ​​spinbølger ved hjælp af en tredimensionel model (figur 1) med samme skala som rigtige spinbølger. Ved hjælp af dette system, en prøvestruktur blev bestemt, hvor støjen var lille, og i hvilke stopbånd, som er et af de grundlæggende spinwave -fænomener, ville komme til udtryk. Et stopbånd tillader ikke spinbølgekomponenter af en bestemt frekvens at passere igennem, og stopbånd udtrykkes også i andre bølger, såsom elektromagnetiske bølger, herunder lys.

Næste, prøver blev placeret så tæt som muligt på simuleringen. Figur 2 viser en prøve fremstillet ved brug af materialer fra Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Begge ender af yttrium-jern granat (som blev forarbejdet til en trådform) var dækket med guldfilm for at undertrykke støjgenerering, og ved at arrangere en kobberfilm i striber som et fodgængerfelt, forskerholdet forsøgte at hindre udbredelsen af ​​specifikke frekvenser. Spinbølger med forskellige frekvenser blev passeret gennem denne prøve, og transmissionskarakteristika blev målt. Som resultat, stopbånd blev udtrykt som vist i figur 3. Ved at sammenligne disse med karakteristika for prøver uden stribe-arrangeret kobber, forskerne observerede, at udtrykket af stopbånd skyldes det stribe-arrangerede kobber. Også, forsøgsresultaterne og beregningsresultaterne er i god overensstemmelse. Resultaterne kan forudsiges ved simulering før eksperiment, hvilket fører til potentialet for effektiv spin -wave IC -udvikling.

De lovende resultater af denne forskning kan bruges til applikationer som f.eks. Spin -wave filtre i spin -wave IC -chips i fremtiden. Ud over, de kan også bruges til at bremse transmissionshastigheden af ​​spin-bølger og til at styre kørselsretningen, bidrager til udviklingen af ​​mindre chips, der er i stand til mere tæt informationsbehandling.