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後藤 太一(ごとう たいち)

所属 電気・電子情報工学系
兼務 エレクトロニクス先端融合研究所
職名 助教
専門分野 磁気工学 / フォトニクス / ナノテクノロジー / スピントロニクス / マグノニクス
学位 博士(工学)(豊橋技術科学大学)
所属学会 日本磁気学会,IEEE,応用物理学会,電気学会,アメリカ物理学会,MRS,MRS-S,レーザー学会
E-mail goto@ee
※アドレスの末尾に「.tut.ac.jp」を補完してください
研究室web http://taichigoto.boy.jp/wordpress/

研究紹介

磁気工学に,ナノテクノロジーや,光学,高周波工学,電子工学,などを融合した,新規な磁性材料の開発と,応用デバイスの開発をしています。基礎として,光タム状態,磁性フォトニック結晶,1次元・2次元マグノニック結晶,磁性酸化物の結晶成長。応用として,磁気光学効果を使ったQスイッチレーザー,超低消費電力なスピン波集積回路,磁気光学材料を使った光集積回路,マグノニック磁界センサなどを作っています。

テーマ1:マグノニックデバイスの開発

概要
Magnonic system using flow of spin wave

コンピューターの処理速度の増加やCPUの高温化を背景として,磁性体中を伝わるスピン波(磁化の歳差運動が作る波)は,電荷移動を伴わない(熱を発しない)高速な情報キャリアとして注目を集めています.スピン波は,伝搬媒体である磁性体をナノ・マイクロサイズで加工したり,表面に磁気的な周期構造を形成したりすることで制御できます.本研究では,実験や計算機シミュレーションを用いてスピン波の基礎特性を理解し,制御します.これらの知見を使って高感度磁界センサや,ロジック回路,トランスデューサーなどのデバイス開発を行っています.

主な業績

■Shinsuke Shichi, Naoki Kanazawa, Kenji Matsuda, Shingo Okajima, Takashi Hasegawa, Takekazu Okada, Taichi Goto, Hiroyuki Takagi and Mitsuteru Inoue, "Spin wave isolator based on frequency displacement nonreciprocity in ferromagnetic bilayer", J. Appl. Phys., 117, 17, 17D125 (2015/03/20).
■Naoki Kanazawa, Taichi Goto, Jet Wei Hoong, Altansargai Buyandalai, Hiroyuki Takagi and Mitsuteru Inoue, "Metal thickness dependence on spin wave propagation in magnonic crystal using yttrium iron garnet", J. Appl. Phys., 117, 17, 17E510 (2015/04/06).
■Taichi Goto, Naoki Kanazawa, Altansargai Buyandalai, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Shingo Okajima, Takashi Hasegawa, Alexander B. Granovsky, Koji Sekiguchi, Caroline A. Ross and Mitsuteru Inoue, "Spin wave differential circuit for realization of thermally stable magnonic sensors", Appl. Phys. Lett., 106, 13, 132412 (2015/04/03).
■Naoki Kanazawa, Taichi Goto and Mitsuteru Inoue, "Spin wave localization in one-dimensional magnonic microcavity comprising yttrium iron garnet", J. Appl. Phys., 116, 8, 083903 (2014/08/25).

キーワード

マグノニックス/スピン波/低消費電力/脳

テーマ2:生体磁界検出のための高感度磁界センサの開発

概要
マグノニック結晶を用いた生体磁界センサの外観と計算・実験結果

人間の身体や脳の活動を深く理解するためには,直接・間接的に,心臓や脳の活動を知ることが必要になる。私は,磁性体に人工的な構造を導入することで,心磁界や脳磁界といった非常に微弱な磁界を検出可能な磁気センサが開発可能であることを見出し,これらを発展させ,Brain Computer Interfaces等の応用を目指しています。図は,YIG(イットリウム鉄ガーネット)と呼ばれるソフトな磁気特性をもつ磁性酸化物で,極薄膜にすることで,デバイス全体を短波長化し,高密度かつ高精度な磁気センサが実現可能であることを示したものです。これを応用し,電流センサ等の開発も並行して行っています。

主な業績

■Taichi Goto, Naoki Kanazawa, Altansargai Buyandalai, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Shingo Okajima, Takashi Hasegawa, Alexander B. Granovsky, Koji Sekiguchi, Caroline A. Ross and Mitsuteru Inoue, "Spin wave differential circuit for realization of thermally stable magnonic sensors", Appl. Phys. Lett., 106, 13, 132412 (2015/04/03).
■Naoki Kanazawa, Taichi Goto, Jet Wei Hoong, Altansargai Buyandalai, Hiroyuki Takagi and Mitsuteru Inoue, "Metal thickness dependence on spin wave propagation in magnonic crystal using yttrium iron garnet", J. Appl. Phys., 117, 17, 17E510 (2015/04/06).

キーワード

マグノニック結晶,生体磁界センサ,スピン波デバイス,スピン波差動回路

テーマ3:磁気・光材料を使った磁気ドメイン駆動型の高出力Qスイッチレーザーの開発

概要
A pulsed output with a power of dozens of watts and a pulse width of 40 ns was obtained through an MO Q-switched laser controlled by labyrinthshaped magnetic domains.

磁場と光の相互作用である磁気光学効果を発現する膜を用いた,集積化可能なQスイッチレーザーの開発を世界で初めて成功しています。高出力,高繰り返し,高安定な小型レーザーは,日々の製造プロセスを,よりシンプルで,低コスト,スピーディーなものに変えうると期待されています。ドイツでは,製造現場のデジタル化(高度情報化)がもたらす製造業の変革をインダストリー4.0と名付けられ,全工程の制御自動化が一つのキーポイントとなってきており,レーザー加工はこれに大きく寄与すると考えられています。小型高出力レーザーの適用先は,これにとどまらず,自動車エンジンの点火プラグや,宇宙開発用スラスターシステムでの利用など多岐に渡ります。しかし,これまで,レーザーが出るタイミングや,繰り返し回数などが,制御可能で集積化可能な固体レーザー向けのQスイッチ素子は無く,開発が切望されていました。制御可能なQスイッチ素子は,電気光学素子や音響光学素子が広く知られていましたが,光学素子の付属が必要であったり,分厚い結晶を用いる必要があったりと,原理的にmm以下の小型化が不可能でした。更にどちらも複雑かつ大型の制御電源が必須であり,小型レーザー本体のコンセプトにそぐわないものでした。
後藤太一助教らが所属するスピン・エレクトロニクス グループ,分子科学研究所,アイオワ州立大学の研究者らのグループは、迷路状の磁気ドメインをもつ厚さ190マイクロメートルの透明磁性材料を用いて,初めて,膜のQスイッチの開発に成功しました。
磁気ドメインとは,磁石のN極とS極が膜の面の中に,ランダムに点在することによって生じるもので,磁気のまだら模様と言い表すことができます。実験では,高速磁気パルスを,透明磁石材料に印加し,パルス幅45ナノ秒,ピーク値約20ワットの,Qスイッチレーザーの取得に成功しました。世界で初めての,集積化可能な磁石材料を使った初めてのQスイッチレーザーの結果報告です。
さらに磁性体の強みを活かし,小型永久磁石を,透明磁石材料の近くに設置することで,レーザーパルス発生に必要な電流を,7分の1にまで,低減できることを実験によって示し,チップに収まる程度の小型の制御回路で,同機能が実現できることも示しました。
今後は,実際に,本素子の集積化を行うとともに,出力パワーの増大と,材料開発を基本とする磁気ドメインのダイナミック制御を行うことで,本デバイスを用いたレーザーシステムの開発に研究の場を広げる考えです。本成果は,磁気と光を融合しこれまでにない価値を見出したことから,小型高出力レーザーの発展に大きく寄与することが期待されます。

主な業績

Ryohei Morimoto, Taichi Goto, John Pritchard, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Pang Boey Lim, Hironaga Uchida, Mani Mina, Takunori Taira and Mitsuteru Inoue, “Magnetic domains driving a Q-switched laser”, Sci. Rep., 6, 38679 (2016/12/08).
Taichi Goto, Ryohei Morimoto, John W. Pritchard, Mani Mina, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Pang Boey Lim, Takunori Taira and Mitsuteru Inoue, “Magneto-optical Q-switching using magnetic garnet film with micromagnetic domains”, Opt. Express, 24, 17635-17643 (2016/08/08).

キーワード

磁性ガーネット,Qスイッチ,レーザー,コンパクト

担当授業科目名(科目コード)

電気・電子情報工学実験Ⅱ (B12610120)
電磁気学演習 (B12510050)

その他(受賞、学会役員等)

◆Taichi Goto, “DENEN Special Achievement Award (電苑特別功績賞)”, Gifu National College of Technology, Alumni of Department of Electrical Information Engineering, DENEN (岐阜工業高等専門学校 電気情報工学科同窓会 電苑), Gifu Castel Inn, Gifu, Japan, (2015/05/03).
◆Ryohei Morimoto, Taichi Goto, John Pritchard, Takuya Yoshimoto, pang Boey Lim, Nicolaie Pavel, Mani Mina, Takunori Taira and Mitsuteru Inoue, “Commitee chairman award”, IEEJ Magnetics Conference, MAG-15-033, Nagoya Univ., Nagoya, Japan, (2015/03/06).
◆Taichi Goto, Takuya Yoshimoto, Ryosuke Isogai, Mehmet C. Onbasli, Caroline A. Ross, Hiroyuki Takagi, Pang Boey Lim, Yuichi Nakamura and Mitsuteru Inoue, Overall Best Paper, IGNITE, TUT-USM Technology Collaboration Centre, Penang, Malaysia, [Oral], (2014/12/15).
◆Jet Wei Hoong, Taichi Goto, Naoki Kanazawa, Altansargai Buyandalai, Shingo Okajima, Takashi Hasegawa and Mitsuteru Inoue, Best Poster Award, 59th Conference on Magnetism and Magnetic Materials, Honolulu, Hawaii, USA, (2014/11/06).
◆Taichi Goto, Dong Hun Kim, Nicolas Aimon, Xueyin Sun, Chen Zhang and Caroline A. Ross, Best Poster Award, 58th Conference on Magnetism and Magnetic Materials, Denver, USA, (2013/11/08).
◆Yoji Haga, Taichi Goto, Alexander V. Baryshev, Mitsuteru Inoue, Presentation Award, The Fundamentals and Materials Society in The Institute of Electrical Engineers of Japan, Kumamoto, Japan (2011/09/21).
◆Taichi Goto, Sensing Architect Special Award, Toyohashi University of Technology, Global COE Program, (2011/3/23).
◆Taichi Goto, Takashi Yamaguchi, Hiroshi Sato, Akihiro Kume, Hiroyuki Takagi and Mitsuteru Inoue, The IWHM Best Student Award, International Workshop on Holographic Memories & Display, Tokyo, Japan (2009/12/04).
◆Taichi Goto, Toyohashi University of Technology, Research Presentation Award (2009/02/20).
◆Taichi Goto, Toyohashi University of Technology, Research Presentation Award (2008/12/21).


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