22、自旋波逻辑器件：原理、架构与应用前景

自旋波逻辑器件：原理、架构与应用前景

1. 自旋波实验装置与特性

1.1 YIG 波导实验装置

在实验中，采用了 YIG 波导结构，其臂长为 360μm，顶部制作了六个微天线。这些微天线的作用十分关键，一方面用于在 YIG 材料中激发自旋波，另一方面用于检测传播的自旋波所产生的感应电压。输入和输出微天线连接到惠普 8720A 矢量网络分析仪（VNA），该分析仪能产生高达 20GHz 的输入射频信号，并测量 S 参数，以此展示传输和反射信号的幅度与相位。

实验装置放置在电磁铁内，可使偏置磁场在 -1000Oe 至 +1000Oe 之间变化。VNA 的输入通过两个分离器分配到四个输入端口，信号幅度由衰减器（步长 ±1dB）进行均衡，端口 3 和 4 的信号相位由两个移相器（±20）控制。

1.2 实验结果分析

通过实验，得到了不同激励频率（5.30GHz 至 5.55GHz）下输出感应电压的幅度数据。不同颜色的曲线代表两个输入（2 和 3）之间不同相位差 Δ𝜙 时的输出情况。这些数据表明，输出电压随频率和两个生成自旋波之间的相位差而振荡。输出电压对频率的依赖归因于结构内自旋波的限制效应，而相位相关的振荡则揭示了输出信号的干涉性质。

在固定频率 5.42GHz 下的数据切片显示，实验数据与两个干涉波的经典方程拟合良好，但当 Δ𝜙 = 𝜋 时，实验值不为零。这一差异可通过考虑所有可能的寄生效应（如反射波、输入/输出端口之间的直接耦合、结构缺陷等）来解释。

2. 自旋波逻辑门与架构分类

2.1 自旋波逻辑器件的分类

自旋波逻辑器件可分为多个类别，包括