Z型に曲げられる新型スピン波導波路を発明 ―二次元マグノニック結晶で伝搬距離の壁を突破、低発熱な次世代集積回路へ道―

2026-05-28 東北大学

東北大学、信越化学工業、スイス連邦工科大学ローザンヌ校の共同研究グループは、スピン波を高効率で伝搬できる新型の「Z型スピン波導波路」を開発した。研究成果は『Physical Review Applied』に掲載された。研究では、磁性ガーネット膜上に六角形状に穴と溝を配置した銅膜を組み合わせることで、あらゆる方向のスピン波を反射する「完全マグノニック・バンド・ギャップ」を持つ二次元マグノニック結晶を設計した。この構造中にZ字状の線欠陥を形成すると、通常は損失が大きい曲げ導波路でも、従来型導波路に比べ5,000倍以上のスピン波強度で伝搬可能であることを理論計算で示した。スピン波は電子に比べ発熱が少ないため、AI向けデータセンターなどで低消費電力な次世代集積回路への応用が期待されているが、短い伝搬距離が課題だった。本成果は、その障壁を突破する新原理として、スピン波集積回路実現への大きな前進となる。

Z型に曲げられる新型スピン波導波路を発明 ―二次元マグノニック結晶で伝搬距離の壁を突破、低発熱な次世代集積回路へ道―
図1. 発明した二次元マグノニック結晶を用いたZ型スピン波導波路

<関連情報>

イットリウム鉄ガーネットのマグノニック結晶における完全なバンドギャップと銅の穴アレイを用いたZ字型導波路 Z-shaped waveguides using complete band gaps in magnonic crystals of yttrium iron garnet and a copper hole array

Kanta Mori, Takumi Koguchi, Toshiaki Watanabe, Hibiki Miyashita, Dan Shabaev, Dirk Grundler, Mitsuteru Inoue, Kazushi Ishiyama, and Taichi Goto
Physical Review Applied  Published: 27 May, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/m64z-lh2m

Abstract

Guiding spin wave (SW) signals around turns in integrated magnonic circuits remains a challenge. Here, we calculated efficient SW transmission through Z-shaped turns of 120° using low-loss magnonic crystal (MC) waveguides comprising yttrium iron garnet (YIG) and a Cu hole array. The MCs were optimized using a finite integration technique, showing a complete magnonic band gap with a width of 15.1 MHz at a center frequency of 1.811 GHz. The MC waveguide showed 5.7 × 103 times stronger SW propagation than ridge-type waveguides by avoiding SW depression caused by inhomogeneous internal magnetic field distributions in the YIG film. The effect of the bending radius on the SW propagation was evaluated through simulations. The proposed MC waveguide plays a vital role in SW waveguide integration by maintaining homogeneous magnetic field distributions throughout the unprocessed YIG film.

0403電子応用
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