男1絲氏4 ‑2 (課程博士(和文))平成
電気・電子情報工学専攻

学籍番号31

第 123299 号
指導教員

氏名

吉本拓矢

年

1月

11中村雄一内田裕久

日

論文内容の要旨(博士)
博士学位論文名

スビン波素子用磁性ガーネット薄膜の形成と特性(Fabrication and propedies ofmagnetic gametthin 側ms for spin wave device)(要旨 1,200字程度)
スピン波(SW)は,磁気モーメント問の結合によって磁性体中を伝わる波であり,ジュール熱を伴わずに情報を伝達可能なため,低消費電力な情報キャリアとして注目されている.これまでにSWの減衰が小さい,イットリウム鉄ガーネット(YIG)中を伝搬する前進体積(FV) SWの干渉を用いた素子の開発が報告されているが,「素子面積が大きい」「外部磁界の変化によって出力が変化する」という課題があった.本論文では,上記課題を解決に向けて,薄膜ⅥGを用いた小型SW位相干渉器の実証と,外部磁界が不要な低ダンピング垂直磁気異方性(PMA)導波路の実現に向けた,基板とⅥGの格子不整合を利用した弾性磁気異方性の変調について検討した.また,光を用いてSWを励起・検出tる光マグノニクスの要素技術の実現に恂けて, SW素子に一体化可能な光学多層膜を開発した
短波長SWをシングルモードで導波可能な,膜厚54nmの薄膜ⅥGを形成し,薄膜ⅥG上に三端子SW位相干渉器を作製した.外部磁界280ooe の時,周波数3.95GHZ,波長8.92μmの SWが入カポートから出カポートへと対称性よく伝搬しており,上述の磁界と周波数において位相干渉を行った結果,従来の位相干渉器と同等のONOFF比を維持しつつ,素子面積を40000分の1に縮小できた,SWを用いた論理素子の動作実証には,均一に磁界を印加できる電磁石が利用できるが,実際に素子として応用する際には,小型化が可能な永久磁石を用いる必要がある.しかし,永久磁石の磁界強度分布のぱらつきによってSWの位相が変化し,論理素子の演算結果がばらついてしまう可能性がある
この問題は,外部磁界を印加不要なP八仏導波路を用いることで解決できるため,低ダンピングP八仏導波路の実現に向けて,三種類のガーネット基板上にⅥGを形成し,基板とⅥGの格子不整合を利用して弾性磁気異方性を変調した.各基板上ⅥGのSW伝搬特性を測定した結果,ネオジムガリウムガーネット基板を用いることで, SW励起に必要な外部磁界を半分以下に低減できることが明らかになり,格子不整合を利用した低ダンピングP入仏導波路の実現可能性が示された,

一方,従来の SW素子とは異なり,光を用いて SW を励起・検出する光マグノニクスと呼ばれる分野が開拓されつつあり,完全ジュール熱フリーな素子が実現可能な技術として期待されている.光マクノニクスの要素技術の1つである,光を用いた SW 検出器は磁気光学効果を増幅可能な磁性フォトニツク結品(MPC)を用いることで実現できるが, MPC を SW 素子と一体化すると, YIG を形成する
際の熱処理によってMPCに用いられる誘電体ミラーΦM)中のTa205が結晶化しDMの特性が劣化tるため, SW素子との一体化を阻んでいた.そこで, SW素子と一体化可能な光を用いたSW検出器の実現に向けて, Y添加Ta205を用いた高耐熱汁生のDMを開発し, MPCの局在波長における偏光面回転角と透過率を,従来のTa.05を用いたMPCから 18倍および10倍,改善することに成功Lた

別紙4(課程博士(英文))Dateofsubmission (month day, year)

January 11山,2019

Depm'tment ofElectr】cal andStudenHD NU1力ber

D123299

YuichiNakamura

Eloctronlc lnformation Eng111eerlng
SupeNisors

APP11Canfs nameTakuyaYoshlmoto

Hironaga uchida

Abstmct (Doctor)
Title ofThesis

Fabrlcation and propertles ofmagnetiC 牙arnetthln 61ms for spin wave device

Approx.800 、vords
Spin wave (SNV) attracts much attention as a low power consumption information carrier
because which C臼.n propagate without Joule heatin牙. Recently, SW I0牙iC 晉ates using interference offorward volume (FV) sw propa宮ating in yttrium iron 宮且rnet (YIG) was developed. However, tMS
device has issues thatlarge footprint and the output auctuation due to the change of applied 丘eld.
To solve these issues, three port sN入linterferometer was miniatulized by using thin YIG 6.1m. The
magnetoelastic anisotropy was modulated by stress ori目inated from a lattice mismatch bet訊7een

YIG 61m and substrate.1n add北ion, dielectric mirror (DM) W'hich can be inte宮rated into sw'10晉ic
牙ate was developed to realize optical sX入7 detector.
54 nm thick YIG was fabricated for miniaturized sN入7interferolneter because of a capability ofguidin曾 the short wavelength sX入lin single mode and three port sw interferometer was fabricated
US血目t11inⅥG 丘lm. when the magnetiC 6eld of280o oe was appliedperpendicular to the 6.1m, SW
having the frequency of 3.95 GHz and the wavelen留th of 8.92 μm propagate with 晉ood symmetry、The observed oN/OFF ratio was comparable with previous three portinterferometer and footplint
Ofthe fabricated interferometer waS 40ooo times sma11er than that ofthe previous one.
In actual application, a permanent m且卸et needs to be used lnstead of the electroma晉net for
applying a ma卸etic field. However, a phase change of sw due to a ma即etic fleld disthbution of
the permanent magnetleads to a change ofthe result ofthe sw logic gate, T11is issue can be solved

by realizing apeTpendicular ma牙netic anisotropic(P入仏) wave部lide havin牙10w ma即etic dampin宮.
To realize t11is wavegaide, the ma宮netoelastic anisotropy of YIG was modulated using a latticemismatch between YIG and substrate. As a reS111t, the external ma即etic field required for
excitation ofFv sw was reduced to less than half usin套 a neodymium 套aⅡium 宮arnet substrate.
This resdtclari負ed the feasibility ofa P八IAwave套Uide havin套 10w ma卸etic damping.
On the other hand, excitation and detection ofsX入I usin曾 li套ht attracts much i11terests because ofitS 牙reat potentialrealizin牙 a perfect Joule heat free device. A110ptical sw detector is an essential

element for this device and which can be developed usin曾 a ma目netophotoTlic crystal(MPC)
Comprising two DMS.亘Owever,ifthe Mpc is inte宮rated with s、刃 10gic gate, Ta205 Used in the DM
Of Mpc was crystaⅡized by the heat treatment for crysta1ⅡZation of YIG, deterioratin宮 thetransparency. To solve this issue, DM showin牙且 higb resistance to annealin晉 Was developed byUsin牙 Y added Ta205(aTYO), As a resU此, Faraday rotation angle and transmittance ofMpc usingaTYo wereimproved by 18 times and lo timesthanthose ofMpc using Ta205.