JP4960363B2 - 強いスピン波発生方法及びスピン波を利用した超高速情報処理スピン波素子 - Google Patents
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Description
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述されている実施例を参照するに明確になる。しかし、本発明は以下で開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現され、但し、本実施例は本発明の開示を完全にし、当業者に発明の範ちゅうを完全に知らせるために提供されるものである。
図1は、本発明によるスピン波発生方法を説明するためのフローチャートである。図1を参照するに、本発明によるスピン波発生方法では、磁気渦巻き、磁気反渦巻きスピン構造が単独あるいは共同で存在する磁性体にエネルギーを供給する(ステップS1)。エネルギー供給によって磁気渦巻きまたは磁気反渦巻きスピン構造の中心部から局所的にスピン波を発生させる(ステップS2)。この時、磁気渦巻きまたは磁気反渦巻きスピン構造の中心部から、あるいは二つの渦巻きが衝突して消えつつ局所的にスピン波を発生させると同時に、生成されたスピン波と同じ周波数を持つ電磁気波を発生させうる。磁気渦巻き、磁気反渦巻きスピン構造及びスピン波が発生する具体的な原理については後述する。
以下、磁気渦巻き、磁気反渦巻きスピン構造及びスピン波が発生する具体的な原理について説明する。
図2に示したスピン波素子でスピン波発生部101は円形の薄膜形状をなしている。しかし、本発明によるスピン波素子でのスピン波発生部101の形状が必ずこれに限定されるものではない。ただし、スピン波発生部101の形状及び寸法を決定する時には、前述した磁気渦巻き、磁気反渦巻きスピン構造を単独あるいは共同で安定した状態に存在させねばならない。
エネルギー供給部102は、スピン波発生部101にエネルギーを供給する部分であり、ここでのエネルギーは、磁場、電場、電圧、電流、電磁波、音、熱、磁気弾性エネルギーのうちいずれか一つが単独あるいは複合的にスピン波発生部101に作用して局部的トルクの形成を誘発する。エネルギー供給部102は、加えるエネルギーの形態によって多様な構造及び材料を持つことができる。
スピン波導波路103は、スピン波発生部101で発生したスピン波を空間的に伝達させる媒体の役割を行う。スピン波発生部101に一つあるいは複数のスピン波導波路103の一端を連結し、他端は他のスピン波素子と連結すれば、スピン波発生部101で発生したスピン波が他のスピン波素子に伝達されるように構成できる。図11は、このような実施例によるスピン波素子の例を示す。
本発明によるスピン波発生方法により発生させたスピン波はその速度が非常に速いために、図11を参照して説明したように、スピン波発生部及びエネルギー供給部で形成された複数のユニット間をスピン波導波路により連結して情報処理素子に具現する時、情報処理速度が非常に速くなる。したがって、超高速情報処理用素子として適している。この時、各ユニットは、スピン波の波動因子を信号として利用して論理演算を行うように連結され、その連結関係を適切に変形させてORゲート、XORゲート、NORゲート、ANDゲート、NANDゲート、インバータなどの論理演算手段及びこれらの組み合わせを具現できる。波動因子は、スピン波の周波数、波長、振幅、位相及びこれらの組み合わせからなる群から選択されたいずれか一つであり、スピン波の重畳、反射、屈折、透過、放射、回折、干渉のいずれか一方あるいは複合的な作用を利用して、波動因子の変化で論理演算を行うように構成する。
Claims (37)
- 磁気渦巻き、磁気反渦巻きスピン構造がそれぞれ単独あるいは共同で存在する磁性体にエネルギーを供給するステップと、
前記エネルギー供給によって、前記磁気渦巻き中心部に強いトルクを誘発することで、前記磁気渦巻き若しくは磁気反渦巻きスピン構造の中心部から、又は、前記磁気渦巻きと磁気反渦巻きが衝突して消えつつ、局所的にスピン波を発生させるステップと、を含むスピン波発生方法。 - 前記磁気渦巻き、磁気反渦巻きが単独あるいは共同で存在するように前記磁性体の形状及び寸法を決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のスピン波発生方法。
- 前記エネルギーは、磁場、電場、電圧、電流、電磁波、音、熱、磁気弾性エネルギー及びこれらの組み合わせからなる群から選択されたいずれか一つを利用することを特徴とする請求項1に記載のスピン波発生方法。
- 前記スピン波の波動因子を制御するために前記磁性体の種類、形状及び寸法、または前記エネルギー供給方式及び供給エネルギーの量を調節することを特徴とする請求項1に記載のスピン波発生方法。
- 磁気渦巻き、磁気反渦巻きスピン構造がそれぞれ単独あるいは共同で存在する磁性体にエネルギーを供給するステップと、
前記エネルギー供給によって、前記磁気渦巻き中心部に強いトルクを誘発することで、前記磁気渦巻き若しくは磁気反渦巻きスピン構造の中心部から、又は、前記磁気渦巻きと磁気反渦巻きが衝突して消えつつ、局所的にスピン波を発生させると同時に、生成されたスピン波と同じ周波数を持つ電磁気波を発生させるステップと、を含む電磁気波及びスピン波発生方法。 - 前記磁気渦巻き、磁気反渦巻きが単独あるいは共同で存在するように前記磁性体の形状及び寸法を決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の電磁気波及びスピン波発生方法。
- 前記エネルギーは、磁場、電場、電圧、電流、電磁波、音、熱、磁気弾性エネルギー及びこれらの組み合わせからなる群から選択されたいずれか一つを利用することを特徴とする請求項5に記載の電磁気波及びスピン波発生方法。
- 前記電磁気波の波動因子を制御するために、前記磁性体の種類、形状及び寸法、または前記エネルギー供給方式及び供給エネルギーの量を調節することを特徴とする請求項5に記載の電磁気波及びスピン波発生方法。
- 磁気渦巻き、磁気反渦巻きスピン構造が単独あるいは共同で存在する磁性体からなるスピン波発生部と、
前記スピン波発生部にエネルギーを供給するエネルギー供給部と、
前記エネルギー供給によって前記磁気渦巻きまたは磁気反渦巻きスピン構造の中心部から発生したスピン波を前記スピン波発生部から伝播させるためのスピン波導波路と、を備えるスピン波素子。 - 前記磁性体は、前記磁気渦巻き、磁気反渦巻きを単独あるいは共同で存在させる形状及び寸法を持っていることを特徴とする請求項9に記載のスピン波素子。
- 前記エネルギー供給部は、磁場、電場、電圧、電流、電磁波、音、熱、磁気弾性エネルギー及びこれらの組み合わせからなる群から選択されたいずれか一つのエネルギーを供給することを特徴とする請求項9に記載のスピン波素子。
- 前記磁性体及びスピン波導波路は、強磁性体、反強磁性体、フェリ磁性体、合金系磁性体、酸化物系磁性体、CMR系磁性体、ホイスラー合金系磁性体、磁性半導体及びその複合構造からなる群から選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項9に記載のスピン波素子。
- 前記スピン波発生部及びスピン波導波路を支持する基板をさらに備え、前記エネルギー供給部は、
前記スピン波発生部下の前記基板両側に形成された磁場印加導線と、
前記磁場印加導線に電流を流して前記スピン波発生部の一部あるいは全体に磁場を加える電源部と、を備えることを特徴とする請求項9に記載のスピン波素子。 - 前記エネルギー供給部は、
レーザー光源と、
前記レーザー光源のビームを前記スピン波発生部に集束して熱を加える集束レンズと、を備えることを特徴とする請求項9に記載のスピン波素子。 - 前記エネルギー供給部は、
前記スピン波発生部と接続して、該スピン波導波路の下部から水平に伸びる第1導線と、
前記第1導線と所定の角度をなして前記スピン波発生部と接続して、該スピン波導波路の上部から水平に伸びる第2導線と、
前記第1及び第2導線に電流を流して、前記スピン波発生部にスピン偏極された電流により発生したトルクの作用によりスピン波を発生させる電源部と、を備えることを特徴とする請求項9に記載のスピン波素子。 - 前記エネルギー供給部は、
前記第1及び第2導線に流れる電圧により弾性変形されて、前記スピン波発生部に磁気弾性エネルギーを供給する圧電体をさらに備えることを特徴とする請求項15に記載のスピン波素子。 - 前記スピン波発生部及びエネルギー供給部で形成されたユニットを複数個備え、前記ユニットの間は、前記スピン波導波路により連結されていることを特徴とする請求項9に記載のスピン波素子。
- 前記スピン波導波路のうち直線でない部分は曲線形態であることを特徴とする請求項17に記載のスピン波素子。
- 前記スピン波導波路に前記スピン波導波路と異種あるいは同種の磁性物質からなる導波管を挿入したことを特徴とする請求項9または17に記載のスピン波素子。
- 挿入された前記導波管の形状、寸法及び磁性物質のうち、少なくともいずれか一つを変化させて進行するスピン波の周波数を選択的にろ過するか、進行するスピン波の波長、振幅、位相及びこれらの組み合わせのうちいずれか一つを変化させることを特徴とする請求項19に記載のスピン波素子。
- 前記スピン波導波路に局部的に有効磁場の変化を誘発して、スピン波の波長、振幅、位相及びこれらの組み合わせのうちいずれか一つを変化させることを特徴とする請求項9または17に記載のスピン波素子。
- 外部磁場、ストレイフィールド、弾性変形、磁気異方性、他の磁性物質との交換結合、電流、スピントルク及び磁壁の存在のうちいずれか一つにより前記有効磁場を変化させることを特徴とする請求項21に記載のスピン波素子。
- 前記スピン波導波路に接合されている磁性層をさらに備え、
前記スピン波導波路と前記磁性層との界面との交換結合力により前記有効磁場を変化させることを特徴とする請求項21に記載のスピン波素子。 - 前記スピン波導波路に磁壁が存在し、
前記磁壁の存在によって前記有効磁場を変化させることを特徴とする請求項21に記載のスピン波素子。 - 前記磁壁は、90°、180°、360°磁壁、ブロッホ、ネール形態の磁壁及びこれらの組み合わせからなる群から選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項24に記載のスピン波素子。
- 前記スピン波導波路に磁壁を挿入するか、除去することによって前記有効磁場を変化させることを特徴とする請求項21に記載のスピン波素子。
- 前記スピン波導波路に垂直に伸びる磁場印加導線と、
前記磁壁が移動でき、前記磁場印加導線を包みつつ両端が前記スピン波導波路に連結された磁壁導波路をさらに備え、
前記磁場印加導線に電流を流して前記磁場印加導線の周辺に形成されたエルステッドフィールドにより前記磁壁を移動させることを特徴とする請求項26に記載のスピン波素子。 - 前記磁壁が移動でき、前記スピン波導波路に両端を除外した中間部分が連結された磁壁導波路と、
前記磁壁導波路の両端のうちいずれか一端に連結された電源部をさらに備え、
前記電源部を利用して前記磁壁導波路に電流を流して前記磁壁を移動させることを特徴とする請求項26に記載のスピン波素子。 - 前記磁壁が移動でき、前記スピン波導波路に両端を除外した中間部分が連結された磁壁導波路と、
前記磁壁導波路の両端のうちいずれか一つあるいは両端に連結された追加のスピン波発生部と、をさらに備え、
前記追加のスピン波発生部でスピン波を発生させて前記磁壁導波路に伝播させることによって前記磁壁を移動させることを特徴とする請求項26に記載のスピン波素子。 - 前記スピン波導波路を横切って磁壁が移動できる磁壁導波路をさらに備え、
前記磁壁を利用してストレイフィールドを発生させ、前記磁壁を移動させて前記有効磁場を変化させることを特徴とする請求項21に記載のスピン波素子。 - 前記スピン波導波路を横切る磁場印加導線と、
前記磁場印加導線に連結された電源部と、をさらに備え、
前記電源部を利用して前記磁場印加導線に電流を流して、前記スピン波導波路の周辺に形成されるエルステッドフィールドにより前記有効磁場を変化させることを特徴とする請求項21に記載のスピン波素子。 - 前記スピン波導波路を垂直あるいは水平方向に二股に形成し、前記二股の間に前記スピン波導波路と垂直あるいは一定角をなしつつ水平に伸びる方向に電流が流れる導線を位置させて、エルステッドフィールドを形成することによって前記有効磁場を変化させることを特徴とする請求項21に記載のスピン波素子。
- 前記スピン波導波路と接続して、該スピン波導波路の下部から水平に伸びる第1導線と、
前記スピン波導波路と接続して、該スピン波導波路の上部から水平に伸びる第2導線と、をさらに備え、
前記第1及び第2導線に電流を流して、前記スピン波導波路の局部的領域にスピン偏極された電流により発生したトルクの作用により前記有効磁場を変化させることを特徴とする請求項21に記載のスピン波素子。 - 前記スピン波導波路と第1導線との間、または前記スピン波導波路と第2導線との間に圧電体をさらに備え、前記第1及び第2導線に流れる電圧による前記圧電体の弾性変形により前記有効磁場を変化させることを特徴とする請求項33に記載のスピン波素子。
- 前記ユニットは、前記スピン波の波動因子を制御して論理演算を行うように連結されていることを特徴とする請求項17に記載のスピン波素子。
- 前記波動因子は、前記スピン波の周波数、波長、振幅、位相及びこれらの組み合わせからなる群から選択されたいずれか一つであり、前記波動因子の変化を制御して論理演算を行うことを特徴とする請求項35に記載のスピン波素子。
- 前記スピン波の重畳、反射、屈折、透過、放射、回折、干渉のいずれか一方あるいは複合的な作用を利用して、前記波動因子の変化で論理演算を行うことを特徴とする請求項35に記載のスピン波素子。
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