Um modelo de um dispositivo de onda de spin realizado pela combinação de granada de ítrio e ferro, ouro e cobre. 'Pare de banda, 'que não permite a passagem de ondas de spin de frequências específicas, foram exibidos. Crédito:Toyohashi University of Technology
Um grupo de pesquisa liderado pelo professor assistente Taichi Goto na Toyohashi University of Technology tem, pela primeira vez, demonstraram bandas de parada que impedem a propagação de componentes de frequência específicos de ondas de spin de volume direto. Estes são transmitidos através de isoladores magnéticos sem o fluxo de corrente, e pode ser aplicado à próxima geração de circuitos integrados (ICs).
Além disso, entre as ondas de spin que foram confirmadas, As ondas de spin de volume direto são as mais adequadas para a transmissão de informações em chips IC, e há grandes expectativas para sua aplicação. Contudo, até agora, o ruído nas ondas de rotação de volume direto era grande, e as bandas de parada, que estão entre os fenômenos físicos básicos, não pôde ser observada. Nesta demonstração, um isolador magnético foi combinado com metal para suprimir o ruído em ondas de spin de volume direto, e a expressão de bandas de parada foi confirmada experimentalmente.
Esta pesquisa foi conduzida em conjunto pelo Professor Assistente Taichi Goto, Ph.D. estudante Kei Shimada, Professor Associado Yuichi Nakamura, Professor Hironaga Uchida, e o professor Mitsuteru Inoue da Toyohashi University of Technology. Adicionalmente, as amostras utilizadas para o experimento foram preparadas em uma iniciativa de pesquisa conjunta com a Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
Devido aos aumentos na densidade de energia que acompanham o aumento da integração, as temperaturas do chip tornaram-se altas, causando defeitos. Portanto, o desenvolvimento de chips IC de onda de spin que podem processar informações transmitindo spin em vez de elétrons reduziria muito a geração de calor. Especificamente, ondas de spin viajando através de isoladores magnéticos têm a vantagem de baixa perda de energia e transmissão de longa distância. Além disso, entre as ondas de spin cuja existência foi confirmada, Ondas de spin de volume direto que transmitem em todas as direções são consideradas mais adequadas para ICs porque podem ser conectadas diagonalmente ou em formas curvas, bem como linearmente. Por outro lado, essas ondas de rotação de volume para a frente são barulhentas, e vários fenômenos fundamentais da onda de spin ainda não foram demonstrados. A demonstração desses princípios fundamentais é indispensável para o desenvolvimento de chips IC e se tornou uma questão importante.
As ondas de spin fluem através da granada de ítrio-ferro (YIG) do terminal de entrada para o terminal de saída. Ambas as extremidades foram cobertas com ouro para suprimir o ruído e cobre foi arranjado em faixas para evitar a propagação de ondas de spin de frequências específicas. Crédito:Toyohashi University of Technology
Agora, um grupo de pesquisa liderado por Taichi Goto da Toyohashi University of Technology relata que eles combinaram uma granada de ítrio e ferro (YIG) - um único cristal de óxido conhecido como isolante magnético - com dois metais (ouro e cobre) para suprimir o ruído. Por meio dessa abordagem, a equipe de pesquisa foi capaz de confirmar a expressão de bandas de parada em ondas de spin de volume para frente experimentalmente pela primeira vez.
Nesta pesquisa, eles prepararam um sistema que poderia simular a propagação de ondas de spin usando um modelo tridimensional (Figura 1) com a mesma escala das ondas de spin reais. Usando este sistema, uma estrutura de amostra foi determinada onde o ruído era pequeno e em quais bandas de parada, que são um dos fenômenos fundamentais da onda de spin, seria expresso. Uma banda de parada não permite que os componentes da onda de spin de uma frequência específica passem, e as bandas de parada também são expressas em outras ondas, como ondas eletromagnéticas, incluindo luz.
Próximo, as amostras foram colocadas o mais próximo possível da simulação. A Figura 2 mostra uma amostra preparada usando materiais da Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Ambas as extremidades da granada de ítrio-ferro (que foi processada em forma de arame) foram cobertas com uma película de ouro para suprimir a geração de ruído, e organizando uma película de cobre em faixas como uma faixa de pedestres, a equipe de pesquisa tentou impedir a propagação de frequências específicas. Ondas de spin de várias frequências foram passadas por esta amostra e as características de transmissão foram medidas. Como resultado, bandas de parada foram expressas como mostrado na Figura 3. Comparando-as com as características de amostras sem cobre arranjado em faixas, os pesquisadores observaram que a expressão das bandas de parada se deve ao cobre arranjado em listras. Também, os resultados experimentais e os resultados do cálculo estão em boa concordância. Os resultados podem ser previstos por simulação antes do experimento, levando ao potencial para o desenvolvimento de IC de onda de spin eficiente.
Um dos casos em que não há estrutura de faixa de cobre (ponto do círculo azul) são comparados com os outros casos (ponto do círculo vermelho), e pode-se ver que a banda de parada é expressa pela introdução da estrutura de faixa. Além disso, os resultados experimentais obtidos (círculos) estão em boa concordância com os resultados do cálculo (linhas contínuas). A partir disso, agora é possível prever com precisão os resultados por cálculo antes do experimento. Crédito:Toyohashi University of Technology
Os resultados promissores desta pesquisa podem ser usados para aplicações como filtros de ondas de spin em chips IC de ondas de spin no futuro. Além disso, eles também podem ser usados para diminuir a velocidade de transmissão de ondas de rotação e controlar a direção da viagem, contribuindo para o desenvolvimento de chips menores, capazes de processamento de informações mais denso.
