(57)【要約】【課題】低損失で且つ簡素な構成のスピン波位相変調装置を提供する。【解決手段】スピン波位相変調装置１０は、スピン波が伝搬される強磁性体２０と、強磁性体２０に対して応力を印加する応力印加部３０と、を備えている。応力印加部３０が歪むと、この歪みは、強磁性体２０に伝搬される。は、この歪みの応力による逆磁歪効果によって、強磁性体２０の磁化は変調する。磁化の変調によって、強磁性体２０を伝搬するスピン波の周波数が変化し、スピン波の位相変調が可能になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピン波が伝搬される強磁性体と、
前記強磁性体に対して応力を印加する応力印加部と、
を備えた、スピン波位相変調装置。
【請求項２】
前記応力印加部は、
圧電体と、
該圧電体に電界を印加する印加電極と、
を備える、請求項１に記載のスピン波位相変調装置。
【請求項３】
前記強磁性体と前記応力印加部とを接着し、前記応力印加部で発生した歪みを前記強磁性体に伝搬する接着材を、
さらに備えた、請求項１または請求項２に記載のスピン波位相変調装置。
【請求項４】
前記強磁性体の第１方向に沿って間隔を空けて配置された複数の個別電極からなる周期電極を、
さらに備えた、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスピン波位相変調装置。
【請求項５】
前記周期電極は、複数であり、
複数の周期電極は、前記第１方向に沿って配列されている、
請求項４に記載のスピン波位相変調装置。
【請求項６】
前記周期電極の個数は、周期電極の個数に基づく、位相シフト量が２πｒａｄになるのに必要な周波数シフト量の関数の変位点に最も近い値に設定されている、
請求項５に記載のスピン波位相変調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピン波の位相を変調させるスピン波位相変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、通信等の高周波信号を用いた分野では、高周波信号に対する位相変調が多く採用されている。例えば、特許文献１および特許文献２には、電磁波である高周波信号の対する位相変調を行う装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８９８７００号明細書
【特許文献２】特開２００２−１５１９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載の装置は、電磁波の位相変調を行う装置であり、スピン波の位相変調に用いることはできない。
【０００５】
また、従来、スピン波の位相変調を行う場合には、次の方法が考えられていた。まず、スピン波を電磁波に変換する。次に、この電磁波に対して位相変調を行う。次に、位相変調後の電磁波をスピン波に変換する。この方法では、電磁波とスピン波との間の変換を行う必要があり、変換時の損失が問題になる。また、それぞれに変換回路を設けなければならず、装置が大型化してしまう。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、低損失で且つ簡素な構成のスピン波位相変調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のスピン波位相変調装置は、スピン波が伝搬される強磁性体と、強磁性体に対して応力を印加する応力印加部と、を備えている。
【０００８】
この構成では、強磁性体に印加される応力の大きさによって、強磁性体の逆磁歪効果によって、強磁性体の磁化が変調する。これにより、強磁性体に伝搬するスピン波の位相が変調される。
【０００９】
また、この発明のスピン波位相変調装置では、応力印加部は、圧電体と、この圧電体に電界を印加する印加電極と、を備えることが好ましい。
【００１０】
この構成では、印加電極に印加する電圧の大きさを変化させると、圧電体に印加される電界の大きさが変化する。これにより、圧電体の発生する応力の大きさが変化し、強磁性体に印加される応力の大きさが変化する。強磁性体におけるスピン波の位相の変化量は、印加される応力の大きさに応じて決まる。したがって、スピン波の位相変化量を調整できる。
【００１１】
また、この発明のスピン波位相変調装置は、接着材を備えていてもよい。接着材は、強磁性体と応力印加部とを接着し、応力印加部で発生した歪みを強磁性体に伝搬する。
【００１２】
この構成では、強磁性体と応力印加部との接着の信頼性が向上し、且つ歪みの伝搬損失が低減される。
【００１３】
また、この発明のスピン波位相変調装置は、次の構成であることが好ましい。スピン波位相変調装置は、強磁性体の第１方向に沿って間隔を空けて配置された複数の個別電極からなる周期電極を備えている。
【００１４】
この構成では、周期電極を備えることによって、スピン波を所定の位相量に変化させるのに必要な応力の大きさを小さくできる。
【００１５】
また、この発明のスピン波位相変調装置では、周期電極は、複数であり、複数の周期電極は、第１の方向に沿って配列されていることが好ましい。
【００１６】
この構成では、周期電極の個数を増加させることによって、スピン波を所定の位相量に変化させるのに必要な応力の大きさをさらに小さくできる。
【００１７】
また、この発明のスピン波位相変調装置では、周期電極の個数は、周期電極の個数に基づく、位相シフト量が２πｒａｄになるのに必要な周波数シフト量の関数の変位点に最も近い値に設定されていることが好ましい。
【００１８】
この構成では、所望の位相シフト量を得られるスピン波位相変調装置を、より適する大きさで実現できる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、低損失で且つ簡素な構成で、スピン波の位相変調を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るスピン波位相変調装置の外観斜視図であり、（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るスピン波位相変調装置における図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るスピン波位相変調装置の周波数−位相差特性を示すグラフである。
【図３】（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るスピン波位相変調装置の外観斜視図であり、（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るスピン波位相変調装置における図３（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るスピン波位相変調装置の周期電極の構成を示す平面図であり、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係るスピン波位相変調装置の周期電極の別の構成を示す平面図である。
【図５】（Ａ）は、本実施形態に第２の実施形態に係るスピン波位相変調装置における周波数と位相差の関係を示す特性図であり、（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るスピン波位相変調装置における図４（Ｃ）の構成での電圧と位相シフト量との関係を示す特性図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るスピン波位相変調装置における周波数と位相の相対変化量およびＳ２１との関係を示す特性図である。
【図７】周期電極の個数に対する各種特性を示す図である。
【図８】スピン波デバイスの一例を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の第１の実施形態に係るスピン波位相変調装置について、図を参照して説明する。図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るスピン波位相変調装置の外観斜視図である。図１（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るスピン波位相変調装置における図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００２２】
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、スピン波位相変調装置１０は、強磁性体２０、および、応力印加部３０を備える。さらに、スピン波位相変調装置１０は、ベース基板１００、第１トランスデューサ電極１１１、および、第２トランスデューサ電極１２１を備える。
【００２３】
強磁性体２０は、イットリウム  鉄  ガーネット（ＹＩＧ）からなる。なお、強磁性体２０は、スピン波を伝搬し、且つ、逆磁歪効果を発生する材料であれば、ＹＩＧ以外の材料であってもよい。強磁性体２０は、平板である。この平板の表面および裏面に平行で、且つ、互いに直交する二方向をｘ方向およびｚ方向である。ｘ方向は、本発明の「第１方向」に対応する。ｙ方向は、ｘ方向およびｚ方向に直交する方向、すなわち、強磁性体２０の表面および裏面に直交する方向である。
【００２４】
強磁性体２０は、図示しない磁界印加手段によって、所定方向に磁化されている。ｘ方向に磁化されている場合、強磁性体２０は、静磁体積後退波（ＭＳＢＶＷ）モードのスピン波を伝搬する。ｙ方向に磁化されている場合、強磁性体２０は、静磁体積前進波（ＭＳＦＶＷ）モードのスピン波を伝搬する。ｚ方向に磁化されている場合、強磁性体２０は、静磁表面波（ＭＳＳＷ）モードのスピン波を伝搬する。静磁波（ＭＳＷ）とは、静磁体積後退波（ＭＳＢＶＷ）、静磁体積前進波（ＭＳＦＶＷ）と静磁表面波（ＭＳＳＷ）の３つのモードすべてを示す。
【００２５】
強磁性体２０は、ベース基板１００の表面に配置されている。ベース基板１００は、ガドリニウム  ガリウム  ガーネット（ＧＧＧ）からなる。なお、ベース基板１００は、省略してもよい。
【００２６】
第１、第２トランスデューサ電極１１１，１２１は、強磁性体２０の表面に配置されている。第１トランスデューサ電極１１１は、強磁性体２０におけるｘ方向の一方端面近傍に配置されている。第２トランスデューサ電極１２１は、強磁性体２０におけるｘ方向の他方端面近傍に配置されている。すなわち、第１トランスデューサ電極１１１と第２トランスデューサ電極１２１は、ｘ方向（第１方向）に沿って、間隔をおいて配置されている。
【００２７】
第１、第２トランスデューサ電極１１１，１２１は、ｚ方向に延びる線状、すなわち、ｘ方向に直交する方向に延びる線状からなる。言い換えれば、第１、第２トランスデューサ電極１１１，１２１は、これらの配列方向に直交する方向に延びる線状からなる。
【００２８】
第１、第２トランスデューサ電極１１１，１２１のｘ方向の長さ、すなわち、第１、第２トランスデューサ電極１１１，１２１の幅は、強磁性体２０を伝搬するスピン波の波長の１／２未満である。
【００２９】
第１トランスデューサ電極１１１の延びる方向の一方端には、入出力電極１１３が接続されている。第２トランスデューサ電極１２１の延びる方向の一方端には、入出力電極１２３が接続されている。なお、第１トランスデューサ電極１１１と第２トランスデューサ電極１２１、入出力電極１１３、１２３は、スピン波位相変調装置１０が接続される前段および後段の回路素子がスピン波用の素子である場合には省略できる。
【００３０】
応力印加部３０は、強誘電体３０１、２個の印加電極３０２とを備える。強誘電体３０１は、電歪効果または圧電効果を有する材料からなる。例えば、強誘電体３０１は、ニオブ酸鉛マグネシウム・チタン酸鉛（ＰＭＮ−ＰＴ）である。強誘電体３０１が本発明の「圧電体」に対応する。強誘電体３０１は、平板である。
【００３１】
２個の印加電極３０２の一方は、強誘電体３０１の表面の略全面に配置されており、２個の印加電極３０２の他方は、強誘電体３０１の裏面の略全面に配置されている。２個の印加電極３０２は、例えば、金（Ａｕ）である。
【００３２】
応力印加部３０は、強磁性体２０の表面に、接着材４０を介して接着されている。応力印加部３０は、強磁性体２０を平面視して（ｙ方向に視て）、スピン波が伝搬される領域を少なくとも含むように配置されている。
【００３３】
接着材４０は、応力印加部３０で発生した歪みを強磁性体２０に伝搬可能な弾性率のものを用いる。これにより、応力印加部３０と強磁性体２０との接着信頼性を向上しながら、応力伝搬の損失を低くできる。
【００３４】
このような構成では、印加電極３０２間に電圧を印加し、強誘電体３０１に電界が印加されると、強誘電体３０１は、電歪効果によって歪む。この歪み量は、電界の大きさに略比例する。
【００３５】
強誘電体３０１の歪みは、接着材４０を介して、強磁性体２０に伝搬される。これにより、強磁性体２０には、この歪みによる応力が印加される。
【００３６】
強磁性体２０は、逆磁歪効果を有するので、応力によって、磁化が変調する。したがって、強磁性体２０に伝搬されるスピン波の周波数が変化する。この際、応力は電界の大きさに略比例するので、強誘電体３０１に印加される電界の大きさを変化させることによって、強磁性体２０に伝搬されるスピン波の周波数を、電界の大きさに応じて変化させることができる。この現象は、静磁波（ＭＳＷ）のそのモードでも発現する。
【００３７】
そして、強磁性体２０に伝搬されるスピン波の周波数を変化させることによって、スピン波位相変調装置１０の入出力間において、スピン波の位相変調が可能になる。
【００３８】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るスピン波位相変調装置の周波数−位相差特性を示すグラフである。図２の横軸は、周波数であり、縦軸は、位相差である。縦軸は、実際の位相差の１／１８０を示している。図２に示すように、周波数を変化させることによって、位相差を調整することができる。すなわち、強磁性体２０に印加する電界の大きさを調整することによって、位相調整量を操作することができる。
【００３９】
このように、本実施形態に構成を備えることによって、スピン波の位相変調を、簡素な構成で実現できる。また、本実施形態の構成では、位相変調だけのためにスピン波と電磁波との変換回路を設けなくてもよく、この変換回路による損失を防止できる。すなわち、低損失で簡素な構成のスピン波位相変調装置１０を実現できる。
【００４０】
なお、上述のスピン波位相変調装置１０の寸法は、スピン波の周波数が略１．６［ＧＨｚ］の場合、例えば、以下の寸法で実現できる。
【００４１】
強磁性体２０のｘ方向の寸法は、０．３［ｍｍ］程度である。強磁性体２０の厚みは、１．０〜１００［μｍ］である。強誘電体３０１の厚みは、０．５〜１．０［ｍｍ］である。
【００４２】
そして、この構成では、電圧を０［Ｖ］〜８１［Ｖ］に変化させることで、１８０度までの位相変調が可能である。
【００４３】
このように、本実施形態の構成では、小型で薄型のスピン波位相変調装置１０を実現できる。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態に係るスピン波位相変調装置について、図を参照して説明する。図３（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るスピン波位相変調装置の外観斜視図である。図３（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るスピン波位相変調装置における図３（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００４５】
図４（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るスピン波位相変調装置の周期電極の構成を示す平面図である。図４（Ｂ）、図４（Ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係るスピン波位相変調装置の周期電極の別の構成を示す平面図である。具体的には、図４（Ａ）は、周期電極が１個の場合を示し、図４（Ｂ）は周期電極が２個の場合を示し、図４（Ｃ）は周期電極が３個の場合を示す。
【００４６】
本実施形態に係るスピン波位相変調装置１０Ａは、第１の実施形態に係るスピン波位相変調装置１０に対して、周期電極１４０を備える点で異なる。スピン波位相変調装置１０Ａの他の構成は、第１の実施形態に係るスピン波位相変調装置１０と同じであり、同じ箇所の説明は省略する。
【００４７】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、周期電極１４０は、強磁性体２０の表面に配置されている。
【００４８】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４（Ａ）に示すように、周期電極１４０は、複数（本実施形態では６個）の個別電極１４１を備える。個別電極１４１は、短冊状の電極であり、個別電極１４１の長手方向はｚ方向に沿っており、個別電極１４１の短手方向はｘ方向に沿っている。個別電極１４１のｘ方向の幅は、伝搬するスピン波の波長に対してλ／４に決められている。また個別電極１４１の端から隣り合う個別電極１４１の端までのｘ方向の幅ＧＷ１４１も伝搬するスピン波の波長に対してλ／４に決められている。
【００４９】
複数の個別電極１４１は、ｘ方向（第１方向）、すなわち、各個別電極１４１の短手方向に沿って、間隔を空けて配置されている。複数の個別電極１４１は、２つのグループからなり、第１グループと第２グループとの間には、空隙部１４２を有する。空隙部１４２のｘ方向の幅ＧＷ１４２は、伝搬するスピン波の波長に対してλ／２に決められている。したがって、空隙部１４２のｘ方向の幅ＧＷ１４２は、個別電極１４１の端から隣り合う個別電極１４１の端までのｘ方向の幅ＧＷ１４１の２倍となり、周期電極１４０は位相干渉を起こす。これにより、空隙部１４２は欠陥層の役割を果たす。
【００５０】
なお、図４（Ｂ）に示す構成では、周期電極１４０は２個であり、２個の周期電極１４０は、第１方向に沿って配列されている。２個の周期電極１４０を離間する距離（幅）ＧＷ１４０は、上述のグループ内の隣り合う個別電極１４１間の幅ＧＷ１４１と略同じである。
【００５１】
また、図４（Ｃ）に示す構成では、周期電極１４０は３個であり、３個の周期電極１４０は、第１方向に沿って配列されている。３個の周期電極１４０をそれぞれに離間する距離（幅）ＧＷ１４０は、上述のグループ内の隣り合う個別電極１４１間の幅ＧＷ１４１と略同じである。
【００５２】
このような構成とすることによって、次に示すように、所望の位相差を実現するための周波数の変化量、すなわち、電圧の変化量を小さくできる。
【００５３】
図５（Ａ）は、本実施形態に第２の実施形態に係るスピン波位相変調装置における周波数と位相差の関係を示す特性図である。図５（Ａ）において、実線は比較例である第１の実施形態に係るスピン波位相変調装置１０の特性であり、破線は、図４（Ａ）の構成（周期電極が１個）の特性であり、点線は、図４（Ｂ）の構成（周期電極が２個）の特性であり、一点鎖線は、図４（Ｃ）の構成（周期電極が３個）の特性である。図５（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るスピン波位相変調装置における図４（Ｃ）の構成での電圧と位相シフト量との関係を示す特性図である。
【００５４】
図５（Ａ）の１．６［ＧＨｚ］近傍に示すように、周期電極数が増加するにしたがって、特性曲線の傾きが大きくなる。すなわち、所定量の位相差を得るための周波数のシフト量は小さくなる。これにより、所定量の位相差を得るための電圧差を小さくできる。
【００５５】
例えば、図５（Ｂ）に示すように、図４（Ｃ）の構成、すなわち、周期電極が３個の構成では、π［ｒａｄ］（１８０°）の位相差を形成するのに、電圧差は１２［Ｖ］でよい。これにより、より小さな電圧差で、所望とする位相差の範囲を実現することができる。
【００５６】
図６は、本発明の第２の実施形態に係るスピン波位相変調装置における周波数と位相の相対変化量およびＳ２１との関係を示す特性図である。
【００５７】
さらに、図６に示すように、図４（Ｃ）に示す構成では、π［ｒａｄ］（１８０°）の位相差を形成する周波数の変化幅において、通過損失が殆ど変化せず、低損失を維持できる。したがって、所望の位相変調を実現しながら、低損失なスピン波位相変調装置を実現できる。
【００５８】
なお、周期電極の個数が多くなるほど、所望の位相差を得るための周波数のシフト量は小さくできる。しかしながら、周期電極の個数を多くするほど、スピン波位相変調装置１０の形状は大きくなる。
【００５９】
図７は、周期電極の個数に対する各種特性を示す図である。図７では、周期電極の個数に対する位相を２πシフトさせるのに必要な周波数のシフト量（以下、必要周波数シフト量と称する。）の関係と、周期電極の個数に対するスピン波位相変調装置の構造長の関係とを示すグラフである。
【００６０】
図７に示すように、構造長は、周期電極の個数の応じて比例して大きくなる。一方、必要周波数シフト量は、周期電極の個数に略反比例の関係にあり、所定の個数よりも周期電極の個数が多くなると、必要周波数シフト量が小さくなる割合は小さくなってしまう。この構成では、図７に示すように、必要周波数シフト量の変化量が小さくなる変位点は、周期電極が３個の付近である。すなわち、位相シフト量が２πｒａｄになるのに必要な周波数シフト量を関数化した場合、この関数の変位点は、周期電極が３個の付近となる。
【００６１】
したがって、周期電極を３個に設定することによって、構造長の大きさを抑えながら、必要周波数シフト量を小さくできるという利点を、より効果的に利用することができる。
【００６２】
以上のようなスピン波位相変調装置は、次に示すスピン波デバイスに適用できる。図８は、スピン波デバイスの一例を示す回路ブロック図である。
【００６３】
図８に示すスピン波デバイス９０は、振幅位相変調のスピン波を生成する回路である。スピン波デバイス９０は、振幅位相分離部９１、振幅変調部９２、位相変調部９３、および、乗算器９４を備える。
【００６４】
振幅位相分離部９１は、元信号を振幅成分と位相成分とに分離する。振幅位相分離部９１は、振幅成分を振幅変調部９２に出力し、位相成分を位相変調部９３に出力する。振幅変調部９２は、振幅成分を振幅変調して出力する。位相変調部９３は、位相成分信号を位相変調して出力する。乗算器９４は、振幅成分と位相成分とを乗算して、変調後信号を出力する。この位相変調部９３に上述のスピン波位相変調装置を用いる。
【符号の説明】
【００６５】
１０、１０Ａ：スピン波位相変調装置
２０：強磁性体
３０：応力印加部
４０：接着材
９０：スピン波デバイス
９１：振幅位相分離部
９２：振幅変調部
９３：位相変調部
９４：乗算器
１００：ベース基板
１１１：第１トランスデューサ電極
１１３、１２３：入出力電極
１２１：第２トランスデューサ電極
１４０：周期電極
１４１：個別電極
１４２：空隙部
３０１：強誘電体
３０２：印加電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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