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東北大学ら、スピン波が伝わる方向を自在に制御：二次元マグノニック結晶を開発

東北大学と信越化学工業の研究グループは、「二次元マグノニック結晶」という周期構造体を開発し、スピン波の伝わる方向を制御することに成功した。情報伝達にスピン波を用いれば、低消費電力で高集積化が可能な次世代デバイスを実現できるという。

» 2024年02月02日 10時30分公開

[馬本隆綱，EE Times Japan]

磁性ガーネット膜の上に、小さい銅製ディスクを周期的に配置

　東北大学電気通信研究所の後藤太一准教授らと信越化学工業による研究グループは2024年1月、「二次元マグノニック結晶」という周期構造体を開発し、スピン波の伝わる方向を制御することに成功したと発表した。情報伝達にスピン波を用いれば、低消費電力で高集積化が可能な次世代デバイスを実現できるという。

　磁石が作り出すスピン波はランダムな方向に伝わる。これを実用化するためには、スピン波が伝わる方向を制御する必要がある。研究グループは今回、スピン波が波であるという特性を利用することで、伝わる方向の制御に成功した。

　実験では、スピン波の損失が小さい磁性ガーネット膜の上に、直径が1mm以下の銅製ディスクを周期的に配置した二次元マグノニック結晶を作製した。銅製ディスクを六角形のパターンにすることで、スピン波を効果的に反射できることが分かった。マグノニック結晶によってスピン波が反射する周波数帯域を、「マグノニック・バンドギャップ」と呼ぶ。

二次元マグノニック結晶のイラスト像［クリックで拡大］出所：東北大学他

　研究グループは、マグノニック結晶を回転させ、スピン波に対する入射角度を変えてみた。この結果、入射角度が10～30度の範囲において、マグノニック・バンドギャップが発生する周波数はほとんど変わらないことを確認した。このことは、二次元マグノニック結晶を活用すれば、スピン波の伝わる方向を自在に制御できることを示しているという。

二次元マグノニック結晶の写真と、角度を変えた時のスピン波透過率スペクトル［クリックで拡大］出所：東北大学他

上記のデータを基にまとめた図。計算値と実験値がよく一致している［クリックで拡大］出所：東北大学他

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