JP6706838B2 - Spin wave circuit and address encoder and address decoder - Google Patents
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Description
スピン波の位相干渉を利用するスピン波回路に関し、また、当該スピン波回路を利用するアドレスエンコーダおよびアドレスデコーダに関するものである。 The present invention relates to a spin wave circuit using phase interference of spin waves, and an address encoder and an address decoder using the spin wave circuit.
スピン波は、磁性体内部における電子の磁性的性質(スピン)の歳差運動が伝搬する現象であるが、絶縁体ではマグノンと呼ばれるスピン波がスピン流として流れることが知られている。また、スピン流は、電荷の移動を伴わないため、ジュール熱による発熱やエネルギ損失がなく、電子デバイスへの応用が期待されるところである。 Spin waves are a phenomenon in which the precession motion of the magnetic properties (spins) of electrons inside a magnetic body propagates, and it is known that spin waves called magnons flow as spin currents in insulators. Moreover, since the spin current does not accompany the movement of electric charges, there is no heat generation or energy loss due to Joule heat, and it is expected to be applied to electronic devices.
ところで、電子デバイスは、近時の情報量の爆発的な増大に伴って、演算速度および通信速度の高速化とともにデータストレージ容量の増大化が要請され、装置の巨大化を回避するために各デバイスの小型化が急速に発展している。ところが、処理速度の向上には、第1に、微細化による性能向上が物理限界に接近したことによる発熱の問題、第2に、CPU−メモリ間におけるデータ通信速度(Latency)の発達スピードの鈍化の問題を有していた。例えば、人間と同程度の感覚を検知し得るセンサ群(いわゆる人工皮膚)においては、これまでの電子デバイスによるアクセスを可能にする場合、トランジスタの数は膨大となり、制御部は大型化し、同時に通信遅延を招来させる。また、医療分野やエンターテイメント分野における高解像度の三次元ディスプレイについて、視野角を拡大(45度程度に確保)させることによって複数人が同時に観ることができるものの、これを電子デバイスによって構成する場合には、やはりトランジスタの数が膨大なものとなる。そのため、通信遅延や配線での発熱が無視できず、配線の焼き切れや、発熱による不安定動作が懸念されるとことであった。 In the meantime, electronic devices are required to increase the data storage capacity as well as the calculation speed and the communication speed with the explosive increase in the amount of information in recent years. Miniaturization is rapidly developing. However, in order to improve the processing speed, firstly, there is a problem of heat generation due to performance improvement due to miniaturization approaching a physical limit, and secondly, slowing down of development speed of data communication speed (Latency) between CPU and memory. Had the problem of. For example, in a group of sensors (so-called artificial skin) that can detect the same level of sensation as humans, the number of transistors will be enormous and the control unit will be large and communication will be required at the same time if access is possible with conventional electronic devices. Cause delays. In addition, a high-resolution three-dimensional display in the medical field or entertainment field can be viewed by a plurality of people at the same time by enlarging the viewing angle (ensuring about 45 degrees). After all, the number of transistors becomes huge. Therefore, communication delay and heat generation in the wiring cannot be ignored, and there is concern that the wiring may be burnt out or unstable operation may occur due to heat generation.
このように、大量素子が必須となる場面にあっては、集積度が急速に増加したことにより、速度と小型化の両面において、CMOSを使用するランダム・アクセス・システムが、アプリケーション全体のボトルネックになっていると言わざるを得ない状況である。 In such a situation where a large number of devices are indispensable, due to the rapid increase in the degree of integration, a random access system using CMOS is a bottleneck for the entire application in terms of both speed and miniaturization. I have no choice but to say that
アドレスデコーダには、アクセスするアドレスによって、素子へのデコード方法を変更して、単純なDMA(Direct Memory Access)機能を用いても一連の素子読み出しを容易にするものがある(特許文献1参照)。 Some address decoders change the decoding method to the element according to the address to be accessed and facilitate a series of element reading even by using a simple DMA (Direct Memory Access) function (see Patent Document 1). ..
他方、円環状の伝送路を使用する回路として、ラットレース回路と称するものが提案されている(非特許文献1および2参照)。この技術は、1/4波長の伝送線路と3/4波長の伝送線路を、円環状伝送路に対し放射状に接続した構成であり、高周波信号を分岐または分波するための回路である。
On the other hand, as a circuit using an annular transmission line, what is called a rat race circuit has been proposed (see Non-Patent
前掲の特許文献1に開示される技術は、複数のCMOS論理ゲートをマトリックス状に配置することで、アドレスデコーダの機能を実現するものであった。しかしながら、最近では、アクセス先(メモリ、ピクセル、センサなど)の数の急速な増加により、アドレスデコーダの数(すなわち専有面積)が増加し、チップ全体の小型化が困難であるという問題点を有していた。また、配線長が長くなるため、信号の伝達遅延の可能性が無視できず、クロックずれを生じるなど、高速化の限界という懸念が指摘されるところである。
The technique disclosed in the above-mentioned
他方、ラットレース回路は、高周波信号をそのまま分岐または分流するための回路であって、専らアンテナにおける送受信に使用されているものであり、また伝搬する波長が数cmと長かったことから、チップ化することは原理的に不可能であると考えられてきた。そのため電子デバイスに応用することには不向きであった。 On the other hand, the rat race circuit is a circuit for branching or shunting a high-frequency signal as it is and is used exclusively for transmission/reception in an antenna, and since the propagating wavelength is as long as several cm, it is made into a chip. It has been considered impossible to do in principle. Therefore, it was not suitable for application to electronic devices.
本発明は、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、スピン波を利用することによって、発熱およびエネルギ損失の問題を解消しつつ小型化を可能にする回路を提案し、アドレスエンコーダおよびアドレスデコーダを提供することである。 The present invention has been made in consideration of the above points, and an object thereof is to propose a circuit that enables miniaturization while solving the problems of heat generation and energy loss by utilizing spin waves. And to provide an address encoder and an address decoder.
本発明者らは、鋭意研究の結果、磁性酸化物中を伝搬するスピン波が円環状の導波路内において同位相の信号のみが位相干渉することを見出し、この性質を利用することによってデータ変換可能であるとの結論に達し、本発明を完成するに至ったものである。 As a result of earnest research, the present inventors have found that spin waves propagating in a magnetic oxide cause only phase interference of signals having the same phase in an annular waveguide, and by utilizing this property, data conversion is performed. The conclusion was reached that the present invention was completed.
すなわち、スピン波回路に係る本発明は、スピン波の位相干渉を利用するスピン波回路であって、スピン波導波路が円環状に形成されたスピン波干渉部と、前記スピン波導波路に接続される直線状のスピン波導波路によって形成された少なくとも1つの入力部と、前記入力部から適宜間隔を有して前記スピン波導波路に接続される直線状のスピン波導波路によって形成された少なくとも1つの出力部と、前記入力部および前記出力部から適宜間隔を有し、前記スピン波干渉部に接続される直線状のスピン波導波路によって形成された参照スピン波導入部とを備え、所定の位相による参照スピン波を前記参照スピン波導入部から導入し、前記入力部から入力されるスピン波が前記参照スピン波と同位相である場合に前記スピン波干渉部において位相干渉を生じさせ、該位相干渉されたスピン波を前記出力から出力させることを特徴とするものである。 That is, the present invention related to a spin wave circuit is a spin wave circuit that utilizes phase interference of spin waves, and the spin wave waveguide is connected to the spin wave interference portion in which the spin wave waveguide is formed in an annular shape, and the spin wave waveguide. At least one input section formed by a linear spin wave waveguide, and at least one output section formed by a linear spin wave waveguide connected to the spin wave waveguide at an appropriate interval from the input section And a reference spin wave introduction part formed by a linear spin wave waveguide connected to the spin wave interference part and having an appropriate distance from the input part and the output part, and a reference spin with a predetermined phase. A wave is introduced from the reference spin wave introduction part, and when the spin wave input from the input part has the same phase as the reference spin wave, phase interference is caused in the spin wave interference part, and the phase interference is caused. A spin wave is output from the output.
上記構成によれば、スピン波干渉部は、所定の固定された位相による参照スピン波に対し、入力部から入力されるスピン波が同位相である場合にのみ位相干渉させるものであり、位相干渉される特定の位相のスピン波を検出することにより、データを変換することができる。従って、入力データをコード化するエンコーダとして機能させることができ、また、エンコードデータをデコードデータに変換するデコーダとして機能させることが可能となる。なお、参照スピン波導入部から導入される参照スピン波の位相を変化させることにより、原理的には全ての入力部から入力される各種の入力データについて変換することが可能である。 According to the above configuration, the spin wave interference unit causes phase interference with the reference spin wave having a predetermined fixed phase only when the spin waves input from the input unit have the same phase. The data can be converted by detecting a spin wave having a specific phase. Therefore, it can function as an encoder that encodes the input data, and can function as a decoder that converts the encoded data into the decoded data. By changing the phase of the reference spin wave introduced from the reference spin wave introducing unit, it is possible in principle to convert various input data input from all the input units.
前記スピン波回路に係る発明は、前記入力部および参照スピン波導入部が、それぞれ前記円環状のスピン波干渉部に外接し、入力または導入されるスピン波がそれぞれ該円環状のスピン波干渉部の円周方向に所定回りに伝搬するように外方へ延出させてなるスピン波導波路によって形成されており、前記出力部が、前記円環状のスピン波干渉部に外接し、前記入力部から入力されたスピン波が前記円環状のスピン波干渉部において所定回りに伝搬する方向に向かって延出するスピン導波路によって形成されている構成とすることができる。 In the invention related to the spin wave circuit, the input section and the reference spin wave introducing section circumscribe each of the annular spin wave interference sections, and the input or introduced spin waves are respectively the annular spin wave interference section. Is formed by a spin wave waveguide extending outward so as to propagate in a predetermined direction in the circumferential direction, the output unit is circumscribed to the annular spin wave interference unit, and from the input unit A configuration may be employed in which the input spin wave is formed by a spin waveguide that extends in a direction in which the input spin wave propagates in a predetermined direction in the annular spin wave interference portion.
上記構成の場合には、入力部および参照スピン波導入部から伝搬され、スピン波干渉部に入力または導入されるスピン波は、スピン波干渉部の円環において所定の周方向に向かって伝搬することとなる。これに対し、出力部が伝搬方向に向かって延出して設けられることから、スピン波干渉部を伝搬するスピン波が分波され、容易に出力部へ伝搬させることができる。 In the case of the above configuration, the spin waves propagated from the input section and the reference spin wave introduction section and input or introduced into the spin wave interference section propagate in a predetermined circumferential direction in the ring of the spin wave interference section. It will be. On the other hand, since the output section is provided so as to extend in the propagation direction, the spin wave propagating in the spin wave interference section is demultiplexed and can be easily propagated to the output section.
前記スピン波回路に係る発明は、前記スピン波干渉部、前記入力部、前記出力部および前記参照スピン波導入部が、いずれも磁性ガーネットによって一体に形成されている構成とすることができる。 The invention relating to the spin wave circuit may be configured such that the spin wave interference section, the input section, the output section, and the reference spin wave introducing section are all integrally formed by a magnetic garnet.
磁性ガーネットとは、イットリウム鉄ガーネット(YIG:Y3Fe5O12)であり、絶縁性の磁性酸化物である。スピン波は、絶縁体ではマグノンと呼ばれ、電子の磁性的性質の歳差運動が伝搬する際、極めて長い伝送が可能となる。そのため、入力部からスピン波干渉部を経由して出力部に至る伝送が可能となる。また、磁性ガーネットにマイクロ波と磁場を印加することによりスピン波を励起することができ、各部を同じ磁性ガーネットによって一体的に形成することにより、前記方法により励起されたスピン波をそのまま使用することができる。 The magnetic garnet, yttrium iron garnet (YIG: Y 3 Fe 5 O 12) is a magnetic oxide insulating. Spin waves, which are called magnons in insulators, enable extremely long transmission when the precession motion of the magnetic properties of electrons propagates. Therefore, transmission from the input unit to the output unit via the spin wave interference unit becomes possible. Also, spin waves can be excited by applying microwaves and magnetic fields to the magnetic garnet, and by forming each part integrally with the same magnetic garnet, the spin waves excited by the above method can be used as they are. You can
アドレスエンコーダに係る本発明は、前記スピン波回路に係るいずれかの発明を利用するものであって、前記入力部が入力データの数に相当する複数の異なる位相のスピン波を入力する入力部であり、前記出力部が単一の出力部であり、前記参照スピン波導入部にはスピン波位相変調手段を備え、位相を変調した複数の参照スピン波を順次前記スピン波干渉部に導入してなることを特徴とするものである。 The present invention according to an address encoder uses any one of the inventions related to the spin wave circuit, wherein the input unit is an input unit for inputting a plurality of spin waves of different phases corresponding to the number of input data. Yes, the output unit is a single output unit, the reference spin wave introduction unit comprises a spin wave phase modulation means, by sequentially introducing a plurality of phase-modulated reference spin waves to the spin wave interference unit. It is characterized by becoming.
上記構成によれば、複数の入力データに対し、参照スピン波の位相を変調しつつ順次スピン波干渉部において位相干渉させることにより、入力されたスピン波から位相干渉を発生させたスピン波を特定し、その当該特定位相のスピン波の出力の有無によってコーディングすることができる。従って、複数のスピン波を同時に入力したとしても特定位相によるスピン波の入力のみが検出されることとなり、アドレスエンコーダとして機能させることができる。 According to the above configuration, the phase of the reference spin wave is modulated with respect to a plurality of input data, and the phase interference is sequentially performed in the spin wave interference unit, whereby the spin wave that causes the phase interference from the input spin wave is specified. However, the coding can be performed depending on whether or not the spin wave of the particular phase is output. Therefore, even if a plurality of spin waves are input at the same time, only the input of the spin waves of a specific phase is detected, and the function as an address encoder can be achieved.
また、アドレスエンコーダに係る本発明は、前記スピン波回路に係るいずれかの発明における参照スピン波導入部を参照スピン波出力部として利用するものであって、前記入力部が入力データの数に相当する数の異なる位相のスピン波を入力する入力部であり、前記出力部が単一の出力部であり、該出力部には、前記参照スピン波出力部から出力されるスピン波との間における位相差を検出する検出部を備えるものであり、入力部から入力されるスピン波の強度を変えて入力することにより、前記参照スピン波出力部は入力された全てのスピン波を出力し、出力部において検出される強度の大きいスピン波と参照スピン波出力部において検出される複数のスピン波との間で位相差を検出するものであることを特徴とするものである。 Further, the present invention relating to an address encoder uses the reference spin wave introducing unit according to any one of the present invention relating to the spin wave circuit as a reference spin wave output unit, wherein the input unit corresponds to the number of input data. Is an input unit for inputting spin waves of different phases, the output unit is a single output unit, and the output unit has a position between the spin waves output from the reference spin wave output unit. The reference spin wave output section outputs all the input spin waves by changing the intensity of the spin waves input from the input section, and outputs the output spin waves. It is characterized in that a phase difference is detected between a spin wave having a high intensity detected in the section and a plurality of spin waves detected in the reference spin wave output section.
上記構成によれば、入力部から入力される複数の異なる位相のスピン波は、スピン波干渉部において位相干渉することなく出力部および参照スピン波出力部から出力されこととなり、いずれかの入力部から入力されるスピン波の強度を大きくすることにより、出力部において当該スピン波の入力を検知することができる。上記出力部は、所定の強度以上のスピン波の検知をもって入力とすることにより、小さい強度のスピン波は入力されてないものとみなすことができる。このとき、参照スピン波出力部において、全てのスピン波を出力するとともに、出力部において検知される強度の大きいスピン波との間で位相差を検出することにより、特定位相によるスピン波によるコーディングが可能となる。上記構成においても複数の入力部から同時にスピン波を入力させたとしても、特定位相のスピン波のみを出力させることができることから、アドレスエンコーダとして機能させることができる。 According to the above configuration, the plurality of spin waves having different phases input from the input unit are output from the output unit and the reference spin wave output unit without phase interference in the spin wave interference unit, and any one of the input units By increasing the intensity of the spin wave input from, the input of the spin wave can be detected at the output unit. The output unit can detect that a spin wave having a small intensity is not input by inputting it by detecting a spin wave having a predetermined intensity or more. At this time, the reference spin wave output unit outputs all the spin waves and detects the phase difference between the spin waves having high intensity detected by the output unit, so that the coding by the spin waves with the specific phase is performed. It will be possible. Even in the above configuration, even if the spin waves are simultaneously input from the plurality of input units, only the spin waves of a specific phase can be output, so that the address encoder can function.
また、アドレスデコーダに係る他の発明は、前記スピン波回路に係るいずれかの発明を利用するものであって、前記入力部が単一の入力部であり、前記出力部がデコードデータの数に相当する複数の出力部であり、前記参照スピン波導入部から固定された位相のスピン波が入力されるとともに、前記参照スピン波と同じ位相のスピン波を任意の位相差で入力部から入力するものであることを特徴とするものである。 Further, another invention related to the address decoder uses any one of the inventions related to the spin wave circuit, wherein the input unit is a single input unit, and the output unit corresponds to the number of decoded data. A plurality of corresponding output units, in which the spin wave of the fixed phase is input from the reference spin wave introducing unit, and the spin wave of the same phase as the reference spin wave is input from the input unit with an arbitrary phase difference. It is characterized by being a thing.
上記構成によれば、固定された参照スピン波の位相に対し、同じ位相のスピン波を任意の位相差で入力することにより、スピン波干渉部により同位相で位相干渉が発生することとなる。このとき、前記位相差をもって入力されたスピン波が参照スピン波との間で同位相による干渉が生じるタイミングは、当該位相差によって異なるため、複数の出力部のうち検出される出力部と検出されない出力部とが存在し、その出力部による検知の状態によってデコードさせることができるのである。なお、エンコードデータとしては、同じ位相のスピン波における位相差であり、デコードデータとしては、出力部ごとの位相干渉の有無である。 According to the above configuration, the spin waves having the same phase with respect to the fixed phase of the reference spin wave are input at an arbitrary phase difference, whereby the spin wave interference unit causes phase interference at the same phase. At this time, the timing at which the spin wave input with the phase difference interferes with the reference spin wave due to the same phase is different from the detected output part among the plurality of output parts because it differs depending on the phase difference. There is an output section, and decoding can be performed depending on the state of detection by the output section. The encoded data is the phase difference between spin waves of the same phase, and the decoded data is the presence or absence of phase interference for each output unit.
アドレスデコーダに係る上記両発明における前記複数の出力部は、相互に等間隔で形成されているものとすることができる。 The plurality of output sections in both the inventions related to the address decoder may be formed at equal intervals to each other.
上記構成は、出力部が複数形成される場合、その出力部の延出位置に応じて位相干渉されたスピン波の出力状態が異なるため、この出力部を等間隔により段階的に設けることによって、位相干渉したスピン波をいずれかの出力部によって出力させ得るものとすることができる。 In the above configuration, when a plurality of output sections are formed, the output state of the spin waves that have been phase-interfered with each other differs depending on the extension position of the output section, so by providing this output section stepwise at equal intervals, The spin wave having the phase interference can be output by any of the output units.
本発明によれば、回路中に伝送されるスピン波は、電荷の移動を伴わないことから、発熱およびエネルギ損失の問題を解消し得ることとなる。また、スピン波の波長は数nm〜数百nmと短く、デバイスサイズを数nm〜数百nmの大きさまで小型にすることができる。また、位相の異なるスピン波は位相干渉せず、波長の異なるスピン波も位相干渉しないことから、時間的に同時に信号を送ることができる。そして、同位相における位相干渉を利用するため多重化が可能となり、結果として一度にアクセスできる情報が増加し、信号の伝達遅延の課題を解消し得る。このような原理に基づいたアドレスエンコーダおよびアドレスデコーダは、小型であり、かつ伝送遅延を解消したものとなる。 According to the present invention, since the spin wave transmitted in the circuit does not accompany the movement of charges, the problems of heat generation and energy loss can be solved. Further, the wavelength of the spin wave is as short as several nm to several hundreds nm, and the device size can be made small to several nm to several hundreds nm. Further, spin waves having different phases do not interfere with each other, and spin waves having different wavelengths do not interfere with each other, so that signals can be transmitted simultaneously in time. Then, since phase interference in the same phase is used, multiplexing becomes possible, and as a result, information that can be accessed at one time increases, and the problem of signal transmission delay can be solved. The address encoder and address decoder based on such a principle are small in size and eliminate transmission delay.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、スピン波回路に係る発明の第1の実施形態を示す図であり、アドレスデコーダとして機能させるものである。本実施形態は、図1に示されるように、1つのスピン波干渉部1と、このスピン波干渉部1から延出する入力部2および出力部3(3a・・・3f)と、さらに同様にスピン波干渉部1から延出する参照スピン波導入部4とで構成されている。これらは、いずれも磁性ガーネット(イットリウム鉄ガーネット(YIG:Y3Fe5O12))によって形成され、スピン波が伝播し得る導波路として設けられている。また、これら以外の領域は非磁性体である。なお、図は平面図であり、スピン波導波路の表面部分の形状のみを示している。従って、高さ方向(図中紙面に垂直な方向)に所定の肉厚を有して形成される。ここで、各部の幅は、いずれも同じ状態として図示しているが、これは説明のため、または後述の実験用回路の作製上の便宜のためであり、出力部3に比べて入力部2を幅広に形成してもよく、さらにスピン波干渉部1を幅広に形成してもよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the invention relating to a spin wave circuit, which is to function as an address decoder. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, one spin
スピン波干渉部1は、円環状のスピン波導波路によって構成され、入力部2は、スピン波干渉部1の円環に外接する状態で、外方に向かって直線的に延出させて接続している。すなわち、入力部2はスピン波干渉部1の外周から接線方向に設けられている。従って、入力部2からスピン波が入力(伝搬)されると、そのスピン波は、スピン波干渉計1の円環状に沿って円周方向(図中反時計回り)に伝搬することとなる。
The spin
この入力部2に近接する位置には、参照スピン波を入力するための参照スピン波導入部4が形成されている。この参照スピン波導入部4も入力部2と同様に、スピン波干渉部1の円環に外接する状態で外方に向かって延出させている。従って、スピン波干渉部1に導入される参照スピン波も入力部2から入力されるスピン波と同様に、円環に沿って円周方向(図中反時計回り)に伝搬することとなる。
A reference spin
ここで、スピン波干渉部1に伝搬された二つのスピン波(入力部2から入力されるスピン波および参照スピン波導入部4から導入されるスピン波)は、同じ波長かつ同じ位相であり、両者に位相差を設けることにより同位相においてのみ位相干渉を生じさせる。すなわち、波長または位相が異なる場合には干渉しないものである。従って、入力部2および参照スピン波導入部4から入力されるスピン波の波長および位相を一定にする場合、位相差のみによって位相干渉の発生状況が決定することとなる。
Here, the two spin waves propagated to the spin wave interference unit 1 (the spin wave input from the
他方、出力部3(3a〜3f)は、スピン波干渉部1を構成する円環状導波路に対して接線方向に延出する直線状に形成されており、スピン波干渉部1を伝搬するスピン波を分波させることによって出力するものである。この分波を容易にするため、出力部3の延出方向は、スピン波干渉部1を伝搬するスピン波の進行方向に向かう接線方向(図中右側斜状方向)に設けられている。また、複数の出力部3a〜3fは、適宜間隔で設けられており、入力部2から入力されるスピン波と参照スピン波との間に所定の位相差を設ける場合、同位相となる位置において位相干渉されたスピン波を出力させるものである。
On the other hand, the output section 3 (3a to 3f) is formed in a straight line extending in the tangential direction with respect to the annular waveguide forming the spin
上記構成により、参照スピン波の位相を固定し、これと同じ位相のスピン波が位相差を有して入力部2から入力されると、参照スピン波に対して同位相となる位置において位相干渉を生じさせ、当該位相干渉により増幅されたスピン波をいずれかの出力部3によって検出することとなる。複数の出力部3a〜3fの順に増幅されたスピン波の検出の有無をもって「0」または「1」を割り振ることにより、出力データとして使用することができる。すなわち、入力側は入力されるスピン波の位相差であり、その位相差を変化させることにより出力部3の数に相当する出力データを形成させることができる。これによってアドレスデコーダとして機能させることができる。つまり、エンコードデータは位相差によって区分され、出力部3の検出結果によってデコードデータを得ることができる。
With the above configuration, when the phase of the reference spin wave is fixed and the spin wave having the same phase as this has a phase difference and is input from the
なお、参照スピン波導入部4から導入されるスピン波は、予め定めた位相によってスピン波干渉部に導入されるため、入力部2から入力されるスピン波の位相が同じであれば同位相において位相干渉を生じさせる。そこで、参照スピン波は位相変調器5を設けることにより、参照スピン波を変調して導入するものとし、異なる位相による参照スピン波が順次導入され、入力部2から入力されるスピン波との間で位相干渉が生じ得る状態を誘発させることにより、さらに他種類のエンコードデータからデコードすることも可能となる。
Since the spin wave introduced from the reference spin
次に、アドレスエンコーダとして機能させ得るスピン波回路の実施形態を説明する。図2に、その概略を示す。この図に示されるように、基本的な構成は、アドレスデコーダとして機能する実施形態と同様であるが、入力部2が複数2a〜2fであり、出力部3が単一である。また、アドレスデコーダにおける参照スピン波導入部は、出力側として使用することとし、参照スピン波出力部6として利用している。このような構成のアドレスデコーダは、前述のアドレスエンコーダとして構成した場合と逆向きに入出力されるものであり、複数の入力部2a〜2fから異なる位相のスピン波を入力し、単一の出力部3において、当該入力スピン波を検知するのである。このとき、各入力部2a〜2fは特定位相のスピン波が入力されるものであり、強度を変えて入力することにより、出力部は強度の大きいスピン波をもって入力とみなすことができる。
Next, an embodiment of a spin wave circuit that can function as an address encoder will be described. The outline is shown in FIG. As shown in this figure, the basic configuration is similar to that of the embodiment that functions as an address decoder, but the
ここで、入力部2を複数(図は6本)設けていることから、これらの入力部2a〜2fから入力されるスピン波が全て同じ位相である場合には、スピン波干渉部1において相互に位相干渉を生じさせることとなる。そこで、本実施形態の場合には、相互に異なる位相のスピン波を各入力部2a〜2fから入力するのである。この場合、図示していないが、個々の入力部2a〜2fの上流側に位相変調器を設け、個々の入力部2a〜2fから入力されるスピン波を特定の位相に変調させたうえで、スピン波干渉部1に入力させるように構成してもよい。
Here, since a plurality of input units 2 (six in the figure) are provided, when the spin waves input from the
参照スピン波出力部4では、全ての入力スピン波を出力しおり、出力部において検知した強度の大きいスピン波について、その位相差を検出するために参照するものとしている。図示を省略しているが、出力部には、前記位相差を検出するための検出部が設けられている。このように、異なる位相の複数のスピン波が入力された場合において、特定の位相による入力スピン波の出力を検知することにより、位相ごとついて、「1」または「0」の値に変換することができる。
The reference spin
次に、アドレスエンコーダとして機能させ得るスピン波回路の第2の実施形態を説明する。図3に、その概略を示す。この図に示されるように、基本的な構成は、アドレスデコーダとして機能する実施形態と同様であるが、入力部2が複数2a〜2fであり、出力部3が単一である。スピン波干渉部1と、これらの入力部2および出力部3との接続状態は前述の場合と同様にしている。
Next, a second embodiment of a spin wave circuit that can function as an address encoder will be described. The outline is shown in FIG. As shown in this figure, the basic configuration is similar to that of the embodiment that functions as an address decoder, but the
なお、本実施形態においても、入力部2が複数であるから、相互に異なる位相のスピン波を各入力部2a〜2fから入力するものとしている。そこで、本実施形態においても、個々の入力部2a〜2fの上流側に位相変調器を設け、個々の入力部2a〜2fから入力されるスピン波を特定の位相に変調させたうえで、スピン波干渉部1に入力させるように構成してもよい。
In the present embodiment as well, since there are a plurality of
他方、参照スピン波導入部4から導入される参照スピン波は、予め位相変調器5によって変調され、少なくとも各入力部2a〜2fから入力されるスピン波の位相と同じ位相のスピン波に変調されたうえでスピン波干渉部1に導入されるように構成している。なお、参照スピン波導入部4から入力される参照スピン波には、入力部2a〜2fから入力されるスピン波との間で位相差を一定とし、いずれの種類の位相によるスピン波においても単一の出力部3において位相干渉が出力されるように構成している。
On the other hand, the reference spin wave introduced from the reference spin
上記構成により、入力データは、特定位相のスピン波(つまり特定の入力部から入力されたスピン波)であり、出力データは、順次変調されて導入される参照スピン波の変調順に、位相干渉されたスピン波が検出されるか否かを「1」および「0」として整列したデータとなる。このように、異なる入力がコード化されることから、アドレスエンコーダとして機能させることができるのである。なお、入力部2は、図3に例示する場合は6本であるが、間隔を密にすることによって多数の入力部2を形成させることができる。
With the above configuration, the input data is a spin wave having a specific phase (that is, a spin wave input from a specific input section), and the output data is phase-modulated in the modulation order of the reference spin wave that is sequentially modulated and introduced. The data is aligned with "1" and "0" depending on whether or not a spin wave is detected. Thus, since the different inputs are coded, it can function as an address encoder. It should be noted that although the number of
前述のスピン波回路がアドレスデコーダとして機能するかを実験した。実験例として使用したスピン波回路の概略を図4に示す。実験例では、出力部を3本(o1,o2,o3)とした。また、各導波路の構成は磁性ガーネット(イットリウム鉄ガーネット)をエッチングによって図示の形状に作成したものである。なお、実施例を示す図において、p1は参照スピン波導入部、p2は入力部を示し、o1〜o3を第1〜第3の出力部としている。また、全ての導波路の膜厚は0.1μmとし、図示する平面視における各構成部分の寸法は下表のとおりである。 We experimented whether the spin wave circuit described above functions as an address decoder. The outline of the spin wave circuit used as an experimental example is shown in FIG. In the experimental example, the number of output units is three (o1, o2, o3). The structure of each waveguide is formed by etching a magnetic garnet (yttrium iron garnet) into the illustrated shape. In the drawings showing the examples, p1 indicates a reference spin wave introducing unit, p2 indicates an input unit, and o1 to o3 are first to third output units. The film thickness of all the waveguides is 0.1 μm, and the dimensions of the respective constituent parts in the plan view shown in the figure are as shown in the table below.
上記構成の実験用回路を使用し、参照スピン波導入部p1からは固定した位相のスピン波を導入し、入力部p2から入力されるスピン波について、参照スピン波に対して位相差をそれぞれ0°、135°および225°とした場合の各出力部o1,o2,o3における出力値を測定した。なお、スピン波の励起には、発振器に接続されるアンテナを入力側の導波路に直交して配置し、マイクロ波を与えることにより行った。入力部から入力するスピン波の位相の変更には位相変調器を使用した。また、出力側のスピン波の検出には、出力側の導波路にアンテナを直交して配置し、これをオシロスコープに接続して検出した。 その結果を図5に示す。なお、図5はいずれも横軸に時間(Phase)とし、縦軸にスピン波の強度としてプロットしたものであり、(a)は入力されるスピン波の位相差が0°の場合、(b)は135°の場合、(c)は225°の場合をそれぞれ示している。 Using the experimental circuit having the above-described configuration, a spin wave having a fixed phase is introduced from the reference spin wave introduction part p1, and the spin wave input from the input part p2 has a phase difference of 0 with respect to the reference spin wave. The output values at the output parts o1, o2, and o3 were measured in the case of °, 135°, and 225°. The spin wave was excited by arranging an antenna connected to the oscillator orthogonal to the waveguide on the input side and applying a microwave. A phase modulator was used to change the phase of the spin wave input from the input section. Further, in order to detect the spin wave on the output side, an antenna was arranged orthogonal to the waveguide on the output side, and this was connected to an oscilloscope for detection. The result is shown in FIG. In each of FIG. 5, the horizontal axis represents time (Phase) and the vertical axis represents the intensity of the spin wave, and (a) shows (b) when the phase difference of the input spin wave is 0°. ) Indicates a case of 135°, and (c) indicates a case of 225°.
上記実験結果から明らかなとおり、位相差が0°の場合には、第1および第2の出力部o1,o2における値に比較して、第3の出力部o3におけるスピン波の強度が増大している。また、位相差が135°の場合には、第2の出力部o2における値のみが増大し、位相差225°の場合は第1の出力部o1における値のみが増大している。 As is clear from the above experimental results, when the phase difference is 0°, the intensity of the spin wave at the third output portion o3 increases as compared with the values at the first and second output portions o1 and o2. ing. Further, when the phase difference is 135°, only the value at the second output portion o2 increases, and when the phase difference is 225°, only the value at the first output portion o1 increases.
そして、図中に破線で閾値となるべきスピン波の強度を示しているが、この値を閾値として「1」および「0」のデジタル信号に変換すれば、次の表2に示すような真理値となる。 Then, in the figure, the broken line indicates the intensity of the spin wave that should be the threshold value. If this value is used as a threshold value and converted into digital signals of "1" and "0", the truth as shown in Table 2 below is obtained. It becomes a value.
上記の結果から、入力されるスピン波の位相差によって出力部において検出されるスピン波の強度が調整されていることが判明した。上記実験例によれば、3出力のアドレスデコーダとして機能することができることも判明した。 From the above results, it was found that the intensity of the spin wave detected at the output section was adjusted by the phase difference of the input spin wave. According to the above experimental example, it was also found that it could function as a 3-output address decoder.
上記の実験は、アドレスデコーダとして機能し得るかを確認したものであるが、上記実験結果によれば、スピン波干渉部における位相干渉は、同位相の場合にのみ発生するものであることが明確であり、アドレスデコーダとして構成する場合においても、複数の位相の異なるスピン波を同時に入力させたとしても、同位相でなければ位相干渉を生じることがない。従って、複数のスピン波を入力させつつ参照スピン波導入部から導入されるスピン波の位相を変化させることにより、特定位相のスピン波を出力させることができ、アドレスエンコーダとしても機能させ得ることが判明した。 The above experiment confirmed whether it can function as an address decoder, but it is clear from the above experiment results that the phase interference in the spin wave interference part occurs only in the case of the same phase. Even in the case of configuring the address decoder, even if a plurality of spin waves having different phases are simultaneously input, phase interference does not occur unless the spin waves have the same phase. Therefore, by changing the phase of the spin wave introduced from the reference spin wave introducing unit while inputting a plurality of spin waves, it is possible to output the spin wave of a specific phase and also function as an address encoder. found.
上記のように、本発明は、スピン波を位相干渉させることにより、エンコードおよびデコードが可能であり、アドレスエンコーダやアドレスデコーダとして利用することができる。例えば、人間の手のような感覚を検知するいわゆる人工皮膚では、人間の皮膚全体に適用使用すると、100×1023個の細胞が人間の皮膚全体の面積2m2に均一に部分布していると仮定すると、皮膚全体の数は1010個を超えることとなる。その1つの細胞にトランジスタ1個を対応させ、これを全て同時に監視しようとすると、トランジスタの総数は膨大となり、結果的には制御部の小型化が困難となり、遅延を増やすこととなる。そこで、本発明のスピン波回路を使用する場合には、入力部または出力部を増加させることにより単一の回路で同時に入出力が可能となるため、その小型化を可能にし得ることとなり、遅延も抑えることができる。 As described above, the present invention enables encoding and decoding by causing phase interference of spin waves, and can be used as an address encoder or address decoder. For example, in the case of so-called artificial skin that senses the sensation of a human hand, when applied to the entire human skin, 100×10 23 cells are evenly distributed over an area of 2 m 2 of the entire human skin. Assuming that, the total number of skins will exceed 10 10 . If one transistor is made to correspond to one cell and it is attempted to monitor all of them at the same time, the total number of transistors becomes enormous, and as a result, downsizing of the control unit becomes difficult and delay is increased. Therefore, when the spin wave circuit of the present invention is used, it is possible to simultaneously perform input/output with a single circuit by increasing the number of input units or output units, and therefore it is possible to reduce the size of the circuit and delay Can also be suppressed.
また、医療分野やエンターテイメント分野において注目されている高解像度の三次元ディスプレイについて、複数人で同時に観られるように視野角を45度程度確保使用とする場合、ピクセルサイズは500nm程度となり、1×1m2のディスプレイを実現しようとするだけで、ピクセル数は1012個を超え、これまたトランジスタ数は膨大となる。その結果、ピクセルへのトランジスタでのアクセスの遅延や、配線での発熱は無視できず、配線の焼き切れや、装置の発熱による不安定動作を招来し得る。そこで、本発明のスピン波回路を使用する場合には、アクセスの遅延や発熱による不安定動作の発生をおさえることができる。 In addition, when using a high-resolution 3D display, which is drawing attention in the medical field and entertainment field, with a viewing angle of about 45 degrees so that it can be viewed by multiple people at the same time, the pixel size is about 500 nm, which is 1 x 1 m. only to be realized the second display, the number of pixels exceeds 10 12, which also number of transistors becomes enormous. As a result, delay in access to the pixel by the transistor and heat generation in the wiring cannot be ignored, and this may lead to burnout of the wiring or unstable operation due to heat generation of the device. Therefore, when the spin wave circuit of the present invention is used, it is possible to suppress the occurrence of unstable operation due to access delay and heat generation.
1 スピン波干渉部
2(2a〜2f),p2 入力部
3(3a〜3f),o1,o2,o3出力部
4,p1 参照スピン波導入部
5 位相変調器
6 参照スピン波出力部
1 spin wave interference part 2 (2a-2f), p2 input part 3 (3a-3f), o1, o2,
Claims (7)
スピン波導波路が円環状に形成されたスピン波干渉部と、
前記スピン波導波路に接続される直線状のスピン波導波路によって形成された少なくとも1つの入力部と、
前記入力部から適宜間隔を有して前記スピン波導波路に接続される直線状のスピン波導波路によって形成された少なくとも1つの出力部と、
前記入力部および前記出力部から適宜間隔を有し、前記スピン波干渉部に接続される直線状のスピン波導波路によって形成された参照スピン波導入部とを備え、
所定の位相による参照スピン波を前記参照スピン波導入部から導入し、前記入力部から入力されるスピン波が前記参照スピン波と同位相である場合に前記スピン波干渉部において位相干渉を生じさせ、該位相干渉されたスピン波を前記出力部から出力させることを特徴とするスピン波回路。
A spin wave circuit utilizing phase interference of spin waves,
A spin wave interference part in which the spin wave waveguide is formed in an annular shape,
At least one input section formed by a linear spin wave waveguide connected to the spin wave waveguide;
At least one output part formed by a linear spin wave waveguide connected to the spin wave waveguide at a suitable distance from the input part;
A reference spin wave introducing portion formed by a linear spin wave waveguide connected to the spin wave interference portion, having an appropriate distance from the input portion and the output portion,
A reference spin wave having a predetermined phase is introduced from the reference spin wave introduction unit, and phase interference is caused in the spin wave interference unit when the spin wave input from the input unit has the same phase as the reference spin wave. A spin wave circuit, wherein the spin wave having the phase interference is output from the output section .
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