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不使用稀土类与磁铁的人工磁性体成为可能

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不使用稀土类与磁铁的人工磁性体成为可能

发布日期:2017-05-18 00:00 来源:http://www.hzstcy.com 点击:

日本山口大学研究生院理工学研究系物质工学专业讲师小寺敏郎与加拿大蒙特利尔理工学院(Ecole Polytechnique de Montreal)的Christophe Caloz等人共同验证了用于高频器件时,有可能实现不需要稀土类元素与磁铁的人工磁性体。

采用磁性材料的高频器件可分为循环器及隔离器等,被广泛应用于无线通信系统的稳定化、多功能化及复合化用途。据小寺介绍,现有铁氧体器件存在两大课题。一个是工作频率与直流偏置磁场强度成正比。比如,在0.1THz工作频率下使用循环器时,所需要的磁场强度高达3.31T,与MRI需要的强度差不多。因此很难将其内置于便携终端。另一课题是工作频率与磁损成正比。为了获得均匀的偏置磁场,需要安装尺寸达到一定程度的磁铁,这会妨碍产品实现小型化。

小寺等人认为“人工制作与这些问题无关的磁性体是一件很有价值的事情”,目前正在致力于研究不需要磁铁及磁性体的人工旋磁并将其应用于高频器件。具体而言,目前正在推进的研究是通过为环形共振器设置非互易元件(FET放大器),以人工方式产生磁矩进动。为此小寺等人挑战了环形共振器的非互易性界限,试制了由36个嵌有FET放大电路的旋磁共振器组成的人工磁性体,并测量了由人工旋磁产生的磁光克尔效应。磁光克尔效应是指向磁化了的材料表面照射直线偏光时,反射光受磁场影响变成椭圆偏光的现象。此次测量了由36个旋磁共振器构成的人工磁性体表面的反射偏振波面。测量结果显示,与铁氧体基于法拉第旋转的磁光克尔效应完全一样,偏振波的旋转显示出了非互易性。

铁氧体会在沿传送方向的直交方向磁化的波导中发生电磁场偏移。为了证明通过人工旋磁也能获得同样的现象,此次利用电磁场模拟器进行了分析,结果显示,“与铁氧体一样,电磁场会随着传输方向发生逆向偏移,可通过采用非对称构造,轻松实现隔离器”(山口大学)。

根据上述结果,小寺等人利用磁光克尔效应及电磁波的电磁场偏移确认了以完全不使用磁铁及磁性体的构造获得旋磁特性的可能性。利用此次的人工磁性体,可根据基于构造的共振频率灵活设置工作频率,作为单向性元件使用的半导体元件也不需要具备高增益特性,因此有望在传统磁性体无法实现的频率范围内实现旋磁特性。而且,元件与半导体电路相同,因此“可有效实现元件的集成化、小型化及轻量化等”(小寺)。(记者:大石 基之,《日经电子》)


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