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2022 Fiscal Year Annual Research Report

クラスタースピングラスにおけるスピン波伝搬制御及び演算処理の研究開発

Research Project

Project/Area Number 19K15022
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

山原 弘靖  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (30725271)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Keywordsスピンクラスターグラス / スピン波 / 希土類鉄ガーネット / フレクソエレクトリシティ / コプレーナ線路
Outline of Annual Research Achievements

スピン波の位相干渉を用いた再構成可能な論理素子を動作実証した。パルスレーザー堆積法で作製したイットリウム鉄ガーネット(Y3Fe5O12, YIG)薄膜をリソグラフィ法とウェットエッチングにより、クロスバー(十字型)形状に加工し、スピン波干渉素子とした。クロスバーの4端のうち、隣り合う2つを静磁後進体積波(BVMSW:ポート1)と静磁表面波(MSSW:ポート2)との入力、ポート2の対向を干渉波検出のポート3とした。残るポート4にはPt薄膜を成膜し、局所的なジュール加熱によって干渉波を外場変調した。各スピン波の分散関係に基づいて波長変換され、その結果、干渉波はXORとXNORの論理表を満たす再構成可能な論理素子として動作することが実証された。
本研究課題では、低消費電力の観点から新たな情報演算のキャリアとして期待されるスピン波に注目し、スピン波演算に向けた材料・デバイス開発を実施した。ガーネット型スピンクラスターグラスはエージングメモリ効果による特徴的な磁気履歴記憶性質を示すとともに、物理リザバー計算に必要な短期記憶性能について優れた性能を示すことが明らかとなった。また、薄膜結晶成長におけるエピタキシャル格子歪を最適化することにより、傾斜歪構造を導入した希土類鉄ガーネット薄膜では、フレクソエレクトリック効果による誘電分極と磁化が共存することが示唆され、スピン波の電気変調への応用可能性を示した。スピン波素子は局所加熱による変調技術を開発し、位相干渉によって再構成可能な論理回路を動作実証した。

  • Research Products

    (11 results)

All 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Short-term memory capacity analysis of Lu3Fe4Co0.5Si0.5O12-based spin cluster glass towards reservoir computing2023

    • Author(s)
      Liao Zhiqiang、Yamahara Hiroyasu、Terao Kenyu、Ma Kaijie、Seki Munetoshi、Tabata Hitoshi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Pages: 5260

    • DOI

      10.1038/s41598-023-32084-8

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Reconfigurable logical stochastic resonance in a hyperbolic one-site lattice with variable-barrier potential2023

    • Author(s)
      Liao Zhiqiang、Huang Keying、Tang Siyi、Yamahara Hiroyasu、Seki Munetoshi、Tabata Hitoshi
    • Journal Title

      Results in Physics

      Volume: 49 Pages: 106469~106469

    • DOI

      10.1016/j.rinp.2023.106469

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Reconfigurable magnon interference by on-chip dynamic wavelength conversion2023

    • Author(s)
      Sarker Md Shamim、Yao Lihao、Yamahara Hiroyasu、Ma Kaijie、Liao Zhiqiang、Terao Kenyu、Tang Siyi、Ramaraj Sankar Ganesh、Seki Munetoshi、Tabata Hitoshi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Pages: 4872

    • DOI

      10.1038/s41598-023-31607-7

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Sensitivity enhancement in magnetic sensor using CoFeB/Y3Fe5O12 resonator2022

    • Author(s)
      Sarker Md Shamim、Yamahara Hiroyasu、Yao Lihao、Tang Siyi、Liao Zhiqiang、Seki Munetoshi、Tabata Hitoshi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Pages: 11105

    • DOI

      10.1038/s41598-022-15317-0

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 置換元素選択によるY3Fe5-xMxO12 (M=Al, Ga, In, Cr, Mn, Co-Si)薄膜のスピン凍結温度の制御2022

    • Author(s)
      寺尾 健裕、山原 弘靖、関 宗俊、田畑 仁
    • Organizer
      2023年第70回応用物理学会 春季学術講演会
  • [Presentation] 傾斜歪希土類鉄ガーネット薄膜におけるフレクソエレクトリック分極2022

    • Author(s)
      山原 弘靖、Feng Bing、関 宗俊、足立 真輝、Md Shamim Sarker、武田 崇仁、小林 正起、石川 亮、幾原 雄一、長 康雄、田畑 仁
    • Organizer
      2023年第70回応用物理学会 春季学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] Electrically tunable magnon FET driven by dynamic redox reaction2022

    • Author(s)
      Shamim Sarker, Hiroyasu Yamahara, Kenyu Terao, Siyi Tang, Kaijie Ma, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata
    • Organizer
      2023年第70回応用物理学会 春季学術講演会
  • [Presentation] CoFeB/Y3Fe5O12 bilayer magnonic resonator for magnetic sensor application2022

    • Author(s)
      Md Shamim Sarker, Hiroyasu Yamahara, Lihao Yao, Siyi Tang, Zhiqiang Liao, Munetoshi Seki, and Hitoshi Tabata
    • Organizer
      The 28th oxide electronics workshop(iWOE28)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Implementation of a highly sensitive magnetic sensor using CoFeB/Y3Fe5O12 bilayer magnonic resonator2022

    • Author(s)
      Shamim Sarker、Hiroyasu Yamahara、Lihao Yao、Siyi Tang、Zhiqiang Liao、Munetoshi Seki、Hitoshi Tabata
    • Organizer
      2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Magnonic cross-bar interference-based reconfigurable logic gate2022

    • Author(s)
      Shamim Sarker、Lihao Yao、Kaijie Ma、Hiroyasu Yamahara、Siyi Tang、Kenyu Terao、Zhiqiang Liao、Munetoshi Seki、Hitoshi Tabata
    • Organizer
      2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Spin Wave Characteristics of Spin Frustrated System of Co and Si-substituted Y3Fe5O12 Thin Films2022

    • Author(s)
      Kenyu Terao, Md Shamim Sarker, Hiroyasu Yamahara, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata
    • Organizer
      9th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces (ISCSI-IX)
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

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