AI向けデータセンター内の発熱によるエネルギー損失が深刻な問題となる中、電子の代わりにスピン波を用いる低発熱な次世代集積回路が注目されています。しかしスピン波は伝搬距離が短く、さらに回路に不可欠な曲げ導波路では内部磁場の不均一により大きく減衰するため、これがスピン波集積回路実現の最大の障壁となっていました。

東北大学、信越化学工業株式会社、スイス連邦工科大学ローザンヌ校による国際共同研究グループは、この課題を解決できる新原理の導波路構造体を発明しました。その導波路には、二次元方向に周期的に磁気的性質を変化させた二次元マグノニック結晶と呼ばれる構造物を用いています。今回見出した二次元マグノニック結晶は、磁性ガーネット膜の上に六角形配置で多数の穴と溝を設けた銅膜から構成されており、あらゆる伝搬方向のスピン波を反射する完全マグノニック・バンド・ギャップを発現することが分かりました。そして、この二次元マグノニック結晶の中の一部の穴を、Zの形に繋げることで、スピン波強度を従来技術の5,000倍以上に増大できることが判明しました。

本成果は2026年5月27日（現地時間）、米国物理学会が発行する国際学術誌Physical Review Appliedに掲載されました。

図：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。磁性ガーネット膜（黒色）の上に、六角形配置で多数のミクロンサイズの穴を開けた銅膜（薄ピンク色）を配置している。全ての穴はお互いに細い溝で繋がっており、銅膜中央のＺの部分は、銅膜を除去して設けた「線欠陥」と呼ばれるスピン波の通り道であり、導波路である。左上および右下の濃いピンク色の帯は、マイクロストリップラインで、スピン波の励起と検出に用いる。

論文情報：

タイトル：Z-shaped waveguides using complete band gaps in magnonic crystals comprising yttrium iron garnets and Cu hole array

著者：Kanta Mori, Takumi Koguchi, Toshiaki Watanabe, Hibiki Miyashita, Dan Shabaev, Dirk Grundler, Mitsuteru Inoue, Kazushi Ishiyama, Taichi Goto*

*責任著者：東北大学　電気通信研究所　准教授　後藤太一

掲載誌：Physical Review Applied

DOI: 10.1103/m64z-lh2m

https://doi.org/10.1103/m64z-lh2m