【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.29】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22TT0010
利用課題名 / Title
磁気光学効果を利用した新規デバイス開発
利用した実施機関 / Support Institute
豊田工業大学 / Toyota Tech.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
磁気光学デバイス
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
石橋 隆幸
所属名 / Affiliation
長岡技術科学大学大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
粟野博之
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
ディープニューラルネットワークは、画像認識や音声認識など様々な分野で応用されているが、処理速度や消費電力が増大する問題が生じている。この問題を解決するために、高速かつ低消費電力な物理デバイスが期待されている。我々は、光を使った物理デバイスとして磁気光学(MO)効果を利用した光回折型ニューラルネットワーク(MO-D2NN)を提案した[1]。本研究では、可視光で高速に動作するMO-D2NNの実現を目的とする。
実験 / Experimental
本研究では、二層の隠れ層を有するMO-D2NNの試作を行った。隠れ層の材料として大きなMO効果と垂直磁気異方性を示すNd0.5Bi2.5Fe4GaO12薄膜[2]を選択した。Gd3Ga5O12基板の両面に有機金属分解法を用いて膜を形成することで、層間距離が固定された二層の隠れ層とした。二層の薄膜それぞれに光磁気記録技術を用いて磁区パターンを記録した。試料の磁化方向を一様に揃えた後、磁化と反対方向に補助磁場を印加しながら50倍の対物レンズで集光したレーザーを照射し、直径1 µmの磁区を形成した。試料はX-Yステージで走査し、100×100 µm2の磁区パターンを記録した。隠れ層の磁区パターンは偏光カメラ(Baumer, VCXU-50MP)を使った顕微鏡で観察し、理想のパターンと比較を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
Fig. 1に計算により求めた磁区パターンと実際に今回記録した磁区パターンの磁気光学像を示す。計算結果で得られた磁区パターンは複雑なパターンとなっているのがわかる。これに対して、実験で記録した場合も、ほぼ同じ形状の磁区パターンを形成することができていることがわかる。このことから、有機金属分解法で作製したNd0.5Bi2.5Fe4GaO12薄膜に1µmの磁区を100×100だけ配列させた磁区パターンを形成することが可能であることがわかった。さらに、２層構造の隠れ層を用いて、手書き文字の認識の実験を行った結果、20%程度の正解率を得ることができた。今後は、磁区書込精度を向上させることで、計算精度を向上させることが可能であると考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Ideal image and measured MO image of magnetic domain pattern of the hidden layer.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・共同研究者：粟野博之（豊田工業大学）
・参考文献：[1] T. Fujita et al., Optical Express 30, 36889 (2022). [2] M. Sasaki et al., Jpn. J. Appl. Phys. 55, 055501 (2016).
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
-
Takumi Fujita, Magneto-optical diffractive deep neural network, Optics Express, 30, 36889(2022).
DOI: https://doi.org/10.1364/OE.470513
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- (1) 坂口 穂貴1、藤田 拓実1、張 健1、鷲見 聡2、粟野 博之2、野中 尋史3、石橋 隆幸1 (1.長岡技科大、2.豊田工大、3.愛知工大)、磁気光学回折型ディープニューラルネットワークの作製技術の開発、[18p-A410-7]、第70回応用物理学会春季学術講演会、2023年3月15〜18日、上智大学
- 藤田 拓実1、坂口 穂貴1、張 健1、野中 尋史2、鷲見 聡3、粟野 博之3、石橋 隆幸1(1長岡技科大、2愛知工大、3豊田工大)、磁気光学効果を利用した光回折型ディープニューラルネットワーク、23a-M206-2、2022年9月23日(金) 09:30 〜 09:45、第８３回応用物理学会秋季学術講演会、東北大学
- 坂口 穂貴1、藤田 拓実1、張 健1、鷲見 聡2、粟野 博之2、野中 尋史3、石橋 隆幸1 (1長岡技科大、2豊田工大、3愛知工大)、磁気光学効果を利用した光回折型ディープニューラルネットワークの物理実装に向けた隠れ層の作製と評価、23a-M206-3、2022年9月23日(金) 09:45 〜 10:00、第８３回応用物理学会秋季学術講演会、東北大学
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：1件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件