Un gruppo di ricerca guidato dall'assistente professore Taichi Goto alla Toyohashi University of Technology ha, per la prima volta, hanno dimostrato bande di arresto che impediscono la propagazione di componenti di frequenza specifici delle onde di spin di volume in avanti. Questi vengono trasmessi attraverso isolatori magnetici senza il flusso di corrente, e potrebbe essere applicato alla prossima generazione di circuiti integrati (IC).

Per di più, tra le onde di spin che sono state confermate, le onde di spin del volume in avanti sono le più adatte per la trasmissione di informazioni nei chip IC, e ci sono grandi aspettative per la loro applicazione. Però, fino ad ora, il rumore nelle onde di spin del volume in avanti era grande, e le bande di arresto, che sono tra i fenomeni fisici di base, non si poteva osservare. In questa dimostrazione, un isolante magnetico è stato combinato con il metallo per sopprimere il rumore nelle onde di rotazione del volume in avanti, e l'espressione delle bande di stop è stata confermata sperimentalmente.

Questa ricerca è stata condotta congiuntamente dall'assistente professore Taichi Goto, dottorato di ricerca studente Kei Shimada, Professore Associato Yuichi Nakamura, Professor Hironaga Uchida, e il professor Mitsuteru Inoue della Toyohashi University of Technology. Inoltre, i campioni utilizzati per l'esperimento sono stati preparati nell'ambito di un'iniziativa di ricerca congiunta con Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.

A causa dell'aumento della densità energetica che accompagna una maggiore integrazione, le temperature dei trucioli sono diventate elevate, causando difetti. Perciò, lo sviluppo di chip IC a onde di spin in grado di elaborare le informazioni trasmettendo spin anziché elettroni ridurrebbe notevolmente la generazione di calore. Nello specifico, le onde di spin che viaggiano attraverso gli isolanti magnetici hanno il vantaggio di una bassa perdita di energia e di una trasmissione a lunga distanza. Per di più, tra le onde di spin la cui esistenza è stata confermata, Si dice che le onde di spin del volume in avanti che trasmettono in tutte le direzioni siano le più adatte per i circuiti integrati perché possono essere cablate in diagonale o in forme curve oltre che linearmente. D'altra parte, queste onde di spin del volume in avanti sono rumorose, e diversi fenomeni fondamentali delle onde di spin non sono ancora stati dimostrati. La dimostrazione di questi principi fondamentali è indispensabile per lo sviluppo di chip IC ed è diventata una questione importante.

Ora, un gruppo di ricerca guidato da Taichi Goto della Toyohashi University of Technology riferisce di aver combinato un granato di ferro di ittrio (YIG), un singolo cristallo di ossido noto come isolante magnetico, con due metalli (oro e rame) per sopprimere il rumore. Attraverso questo approccio, il team di ricerca è stato in grado di confermare sperimentalmente per la prima volta l'espressione delle bande di arresto nelle onde di spin di volume in avanti.

In questa ricerca, hanno preparato un sistema in grado di simulare la propagazione delle onde di spin utilizzando un modello tridimensionale (Figura 1) con la stessa scala delle onde di spin reali. Utilizzando questo sistema, è stata determinata una struttura campione in cui il rumore era piccolo e in quali bande di arresto, che sono uno dei fenomeni fondamentali delle onde di spin, sarebbe espresso. Una banda di arresto non consente il passaggio delle componenti dell'onda di spin di una frequenza specifica, e le bande di arresto sono espresse anche in altre onde come le onde elettromagnetiche inclusa la luce.

Prossimo, i campioni sono stati posizionati il ​​più vicino possibile alla simulazione. La Figura 2 mostra un campione preparato utilizzando materiali di Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Entrambe le estremità del granato di ittrio-ferro (che è stato trasformato in una forma a filo) sono state ricoperte con una pellicola d'oro per sopprimere la generazione di rumore, e disponendo una pellicola di rame a strisce come un passaggio pedonale, il team di ricerca ha cercato di ostacolare la propagazione di frequenze specifiche. Onde di spin di varie frequenze sono state fatte passare attraverso questo campione e sono state misurate le caratteristiche di trasmissione. Di conseguenza, le bande di arresto sono state espresse come mostrato in Figura 3. Confrontandole con le caratteristiche di campioni senza rame disposto a strisce, i ricercatori hanno osservato che l'espressione delle bande di arresto è dovuta al rame disposto a strisce. Anche, i risultati sperimentali ei risultati di calcolo sono in buon accordo. I risultati possono essere previsti mediante simulazione prima dell'esperimento, portando al potenziale per un efficiente sviluppo di circuiti integrati con onde di spin.

I risultati promettenti di questa ricerca possono essere utilizzati in futuro per applicazioni come i filtri spin wave nei chip IC spin wave. Inoltre, possono essere utilizzati anche per rallentare la velocità di trasmissione delle onde di spin e per controllare la direzione di marcia, contribuendo allo sviluppo di chip più piccoli in grado di elaborare le informazioni in modo più denso.