O desenvolvimento do chip é complicado pelo aumento das temperaturas em dispositivos eletrônicos modernos baseados em materiais semicondutores. Portanto, o desenvolvimento de circuitos integrados de onda de spin (ICs) que podem realizar o processamento de informações manipulando o spin, em vez de movimentos de elétrons produtores de calor, vem ganhando atenção. Dentro deste campo, ondas de spin transmitidas através de um filme isolante magnético demonstram baixa perda de energia e permitem a transmissão de longa distância. Por outro lado, a fim de transmitir ondas de spin dentro de uma película isolante magnética, anteriormente era necessário anexar ímãs permanentes relativamente grandes ao filme isolante magnético, o que foi um problema para a realização de CIs de onda de spin.

Taichi Goto da Toyohashi University of Technology e Caroline Ross do Massachusetts Institute of Technology e outros colaboraram para criar um filme monocristalino de ítrio ferro granada (YIG) como isolante magnético em vários substratos, e transmitir as ondas de spin. Em seguida, eles estudaram a influência da magnitude da tensão no filme isolante magnético em uma onda de spin. Como resultado, eles descobriram que se a magnitude da tensão for grande, ondas de spin são transmitidas mesmo se os ímãs permanentes conectados forem fracos. Isso ocorre porque se houver tensão na película isolante magnética, tem o mesmo efeito que colocar ímãs permanentes fracos nas proximidades.

De acordo com o professor assistente Goto, "YIG é um dos materiais mais notáveis ​​dos últimos tempos, e novos dispositivos e novos fenômenos usando esta tecnologia, incluindo ondas de spin, estão sendo descobertos um após o outro. Entre essas descobertas, estamos liderando o mundo no desenvolvimento de CIs de ondas de spin usando YIG. No passado, a relação entre a resposta magnética estática criada pelo estresse e a resposta dinâmica que indica o comportamento das ondas de spin no filme YIG não foi bem compreendida. Essa importante peça de desenvolvimento foi o que queríamos colocar em prática com esta pesquisa. "

Takuya Yoshimoto, bolsista de pesquisa da Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência (JSPS), que trabalhou na formação das amostras, disse, "Esta pesquisa gerou uma equação que representa a relação entre as ondas de tensão e de spin em filmes isolantes magnéticos. Isso não é apenas um passo muito importante para a realização de CIs de ondas de spin, mas também acelera a pesquisa e desenvolvimento em propriedades magnéticas de alta frequência na banda GHz incluindo ondas de spin e materiais magnéticos em nano e micro escalas. "

Nesta pesquisa, um filme fino YIG com uma espessura de cerca de 100 nm foi formado em três substratos de granada com a mesma estrutura de granada que YIG, mas diferentes constantes de rede usando deposição de laser pulsado, e foi usado para investigar a estrutura do cristal, cepa de cristal, e magnitude do estresse. Um par de eletrodos para excitar e detectar ondas de spin foi formado no YIG fabricado usando litografia de feixe de elétrons, e a relação entre o campo magnético externo e a frequência de propagação da onda de spin foi medida. A equação de dispersão da onda de spin incluindo a mudança na anisotropia magnética devido à deformação do cristal foi calculada, e foi confirmado que os resultados calculados foram quase iguais aos resultados medidos. Também, alterando a magnitude da deformação gerada, o tamanho do ímã necessário para excitar a onda de spin foi capaz de ser reduzido em cerca de 2,5 vezes em comparação com o caso sem tensão. Como resultado, todo o IC da onda de spin pode ser miniaturizado, e o dispositivo pode ser fabricado em um chip. No futuro, a equipe de pesquisa aplicará o dispositivo de interferência de fase de multi-entrada / saída de onda de spin desta técnica a dispositivos de onda de spin real, com o objetivo inicial de demonstrar a função de um CI de onda de spin fabricado em um chip.