Un groupe de recherche dirigé par le professeur assistant Taichi Goto à l'Université de technologie de Toyohashi a, pour la première fois, a démontré des bandes d'arrêt qui empêchent la propagation de composantes de fréquence spécifiques des ondes de spin de volume avant. Ceux-ci sont transmis à travers des isolants magnétiques sans passage de courant, et pourrait être appliqué à la prochaine génération de circuits intégrés (CI).

Par ailleurs, parmi les ondes de spin qui ont été confirmées, les ondes de spin de volume avant sont les plus adaptées à la transmission d'informations dans les puces IC, et il y a de grandes attentes pour leur application. Cependant, jusqu'à maintenant, le bruit dans les ondes de spin de volume avant était important, et les bandes d'arrêt, qui font partie des phénomènes physiques de base, n'a pas pu être observé. Dans cette démonstration, un isolant magnétique a été combiné avec du métal pour supprimer le bruit dans les ondes de spin de volume avant, et l'expression des bandes d'arrêt a été confirmée expérimentalement.

Cette recherche a été menée conjointement par le professeur adjoint Taichi Goto, doctorat étudiant Kei Shimada, Professeur agrégé Yuichi Nakamura, Professeur Hironaga Uchida, et le professeur Mitsuteru Inoue de l'Université de technologie de Toyohashi. En outre, les échantillons utilisés pour l'expérience ont été préparés dans le cadre d'une initiative de recherche conjointe avec Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.

En raison de l'augmentation de la densité d'énergie accompagnant une intégration accrue, les températures des copeaux sont devenues élevées, provoquant des défauts. Par conséquent, le développement de puces IC à ondes de spin capables de traiter l'information en transmettant le spin plutôt que les électrons réduirait considérablement la génération de chaleur. Spécifiquement, les ondes de spin traversant les isolants magnétiques ont l'avantage d'une faible perte d'énergie et d'une transmission à longue distance. Par ailleurs, parmi les ondes de spin dont l'existence a été confirmée, On dit que les ondes de spin de volume avant qui transmettent dans toutes les directions sont les plus adaptées aux circuits intégrés car elles peuvent être câblées en diagonale ou dans des formes incurvées ainsi que linéairement. D'autre part, ces ondes de spin de volume vers l'avant sont bruyantes, et plusieurs phénomènes fondamentaux d'ondes de spin n'ont pas encore été démontrés. La démonstration de ces principes fondamentaux est indispensable pour le développement des puces IC et est devenue un enjeu important.

Maintenant, un groupe de recherche dirigé par Taichi Goto de l'Université de technologie de Toyohashi rapporte qu'ils ont combiné un grenat de fer et d'yttrium (YIG) - un monocristal d'oxyde bien connu comme isolant magnétique - avec deux métaux (or et cuivre) pour supprimer le bruit. Par cette approche, l'équipe de recherche a pu confirmer expérimentalement pour la première fois l'expression de bandes d'arrêt dans les ondes de spin de volume avant.

Dans cette recherche, ils ont préparé un système qui pourrait simuler la propagation des ondes de spin à l'aide d'un modèle tridimensionnel (figure 1) avec la même échelle que les ondes de spin réelles. En utilisant ce système, une structure d'échantillon a été déterminée où le bruit était faible et dans quelles bandes d'arrêt, qui sont l'un des phénomènes fondamentaux des ondes de spin, serait exprimé. Une bande d'arrêt ne laisse pas passer les composantes d'onde de spin d'une fréquence spécifique, et les bandes d'arrêt sont également exprimées dans d'autres ondes telles que les ondes électromagnétiques dont la lumière.

Prochain, échantillons ont été placés aussi près que possible de la simulation. La figure 2 montre un échantillon préparé à l'aide de matériaux de Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Les deux extrémités du grenat yttrium-fer (qui a été transformé en forme de fil) ont été recouvertes d'un film d'or pour supprimer la génération de bruit, et en disposant un film de cuivre en bandes à la manière d'un passage piéton, l'équipe de recherche a essayé d'entraver la propagation de fréquences spécifiques. Des ondes de spin de différentes fréquences ont été passées à travers cet échantillon et les caractéristiques de transmission ont été mesurées. Par conséquent, les bandes d'arrêt ont été exprimées comme le montre la figure 3. En les comparant avec les caractéristiques d'échantillons sans cuivre disposé en bandes, les chercheurs ont observé que l'expression des bandes d'arrêt est due au cuivre disposé en bandes. Aussi, les résultats expérimentaux et les résultats de calcul sont en bon accord. Les résultats peuvent être prédits par simulation avant expérimentation, menant au potentiel de développement efficace de circuits intégrés à ondes de spin.

Les résultats prometteurs de cette recherche peuvent être utilisés pour des applications telles que les filtres à ondes de spin dans les puces IC à ondes de spin à l'avenir. En outre, ils peuvent également être utilisés pour ralentir la vitesse de transmission des ondes de spin et pour contrôler le sens de déplacement, contribuer au développement de puces plus petites capables de traiter l'information plus dense.