Nuosekli mikrobangų generacija naudojant spintroninį grįžtamąjį generatorių | mokslinės ataskaitos

Nuosekli mikrobangų generacija naudojant spintroninį grįžtamąjį generatorių | mokslinės ataskaitos

Anonim

Dalykai

  • Magnetiniai įtaisai
  • Magnetinės savybės ir medžiagos

Anotacija

Sukimosi kampinis momentas, nukreiptas į sukimosi poliarizuotą srovę, į nanomagnetą, yra efektyvi priemonė magnetizacijos krypčiai valdyti nanomagnetuose. Unikali šio sukimo momento pasekmė yra tai, kad spontaniniai įmagnetinimo virpesiai gali būti suaktyvinti naudojant nuolatinės srovės poslinkio srovės ir magnetinio lauko derinį. Čia mes eksperimentiškai demonstruojame kitokį efektą, kuris gali sukelti nanomagnetą į savaiminius virpesius, nereikalaujant sukimo momento. Norėdami parodyti šį efektą, mes naudojame magnetinio tunelio sankryžos (MTJ) nano statramsčius, maitinamus nuolatinės srovės srove ir prijungtus prie koplanarinio bangolaidžio (CPW), esančio virš MTJ laisvojo sluoksnio. Bet koks laisvojo sluoksnio įmagnetinimo svyravimas per tunelinio magneto atsparumo efektą paverčiamas į svyruojančią įtampą ir perduodamas atgal į MTJ per indukcinį sujungimą. Dėl šių atsiliepimų laisvojo sluoksnio įmagnetinimas gali būti nukreiptas į nuolatinę precesiją. MTJ ir CPW derinys elgiasi panašiai kaip lazerinė sistema ir išleidžia stabilią rf galią, kai kokybės koeficientas viršija 10 000.

Įvadas

Sukimosi poliarizuota srovė, einanti per magnetinio tunelio sankryžos (MTJ) įrenginį, sukuria sukimosi perdavimo sukimo momentą (STT) ant MTJ laisvojo sluoksnio. STT savo ruožtu gali skatinti laisvojo sluoksnio įmagnetinimą į nuolatinę precesiją. Sukimosi sukimo momento nano generatoriai (STNO), pagrįsti STT 1 efektu, sulaukė nemažo mokslo bendruomenės dėmesio dėl galimo pritaikymo belaidžio ryšio sistemose, ypač jautriuose magnetinio lauko jutikliuose ir įvairiuose kituose radijo dažnio (RF) įtaisuose, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 . Pagirtinas darbas dėl STNO tyrimų ir plėtros, ypač siekiant pagerinti išėjimo galią ir virpesių kokybės koeficientą ( Q = f / Δf ). Georges et al . pranešė apie didelę išėjimo galią, kai daugybė STNO buvo sinchronizuoti 9 . Buvo parodytas abipusis STNO blokavimas, kad būtų galima valdyti susietų STNO rinkinį, todėl padidėjo išėjimo galia 10 . Išėjimo galią taip pat galima pagerinti, jei galima sumažinti kritinę srovę, reikalingą virpesiams palaikyti 11 . Iki šiol pranešta, kad vieno STNO išėjimo galia yra iki 3, 6 μW ir siekia 5, 12, 13, 14, 15, 16 . Nurodyta didžiausia Q = 7300 ( f = 32, 85 GHz ir Δf = 4, 5 MHz) vertė, kai nanokontaktai yra pagrįsti STNO 17 . Spintroniniam sūkuriniam osciliatoriui nustatytas siauriausias 280 kHz linijos plotis ( Δf ), kurio Q koeficientas yra 4000, . MTG generatoriaus, kurio pagrindas yra MgO, su įmagnetinimu plokštumoje, didžiausia pranešta Q vertė yra 1000, kai f = 10 GHz ir Δf = 10 MHz 19 . Maža Q vertė šiuo atveju gali būti dėl nenuoseklių virpesių skirtingose ​​laisvojo sluoksnio dalyse. Taikant kitokį požiūrį, S. Tamaru ir kt . sukūrę fazinio užrakto (PLL) grandinę, specialiai sukurtą STNO 20, parodė labai siaurą linijos plotį. Šiame darbe mes parodome nuolatinės srovės maitinamą MTJ pagrįstą RF generatorių, turintį didelį kokybės koeficientą, naudojant visiškai kitokią schemą 21 . Mūsų schema turi bendro plokštumos bangolaidį (CPW) virš laisvojo MTJ sluoksnio. Įtampos signalas, atsirandantis dėl įmagnetinimo svyravimų laisvajame sluoksnyje, yra sustiprinamas ir tiekiamas į CPW. Aplink CPW generuojamas RF magnetinis laukas grįžta prie laisvojo sluoksnio ir sustiprina laisvojo sluoksnio rezonansinius virpesius. Stebėjome labai nuoseklius virpesius, kurių linijų plotis siekė net 200 kHz esant ~ 2, 5 GHz dažniui, o kambario temperatūroje buvo gaunamas labai didelis Q koeficientas - 12800. Galios tankio spektras taip pat atskleidžia įdomias šonines juostas, lydinčias pagrindinę smailę, panašias į daugiamodelio lazerio spektrą.

Mes pagaminome MTJ pluoštą ant termiškai išauginto SiO 2 (500 nm), tokios struktūros: apatinis kontaktas (50) / Ta (3) / Ru (5) / IrMn (7) / CoFe (3) / Ru (0, 8) / CoFeB (3) / CoFe (0, 4) / MgO (0, 9) / CoFeB (3) / Ta (5) / Ru (5) / viršutinis kontaktas (45) (1 pav. (A)) (skliausteliuose pateikti skaičiai žymi storį nm) (žr. metodus). Daugiasluoksnis pluoštas buvo modeliuotas į elipsinius 300 × 500 nm 2 dydžio nanopilvelius, naudojant elektronų pluošto litografiją ir argono-jonų frezavimo metodus. Laikoma, kad lengva laisvojo sluoksnio ašis yra išilgai x ašies; kietoji ašis plokštumoje yra išilgai y ašies, o išorinė plokštuma - išilgai z ašies. Prisegto sluoksnio įmagnetinimas yra išilgai x ašies. Visi sluoksniai yra įmagnetinti plokštumoje. CPW buvo pagamintas ant MTJ nanokolono viršaus, kaip parodyta 1 pav. (A), ir yra elektriškai izoliuotas nuo MTJ 100 nm storio SiO2 sluoksniu. CPW yra orientuotas taip, kad pro jį einanti srovė sukuria magnetinį lauką išilgai x ašies.

Image

a ) Grįžtamojo generatoriaus schema. Viršutinis MTJ kolonos sluoksnis rodo laisvąjį sluoksnį, vidurinis sluoksnis - tunelio barjerą, o apatinis - pritvirtintą sluoksnį. Virš laisvojo sluoksnio yra koplanarinis bangolaidis (CPW), kuris yra izoliuotas nuo MTJ. Per MTJ per Bias-T perduodama nuolatinė srovė. Virš MTJ susidaranti svyruojanti įtampa dėl laisvojo sluoksnio įmagnetinimo virpesių padalijama į du kelius, naudojant galios skirstytuvą. Viena dalis yra sustiprinama, naudojant grįžtamojo ryšio grandinėje esantį stiprintuvą, ir tiekiama į CPW. Antra svyruojančios įtampos dalis stebima spektro analizatoriuje. Svyruojanti srovė CPW sukuria kintamąjį laisvojo sluoksnio magnetinį lauką, kuris veikia kaip grįžtamasis ryšys. Fazę tarp laisvojo sluoksnio įmagnetinimo virpesių ir kintamojo kintamojo magnetinį lauką galima sureguliuoti fazės perjungikliu. b ) triukšmo spektro smailės dažnis kaip magnetinio lauko, taikomo išilgai y krypties, funkcija, kai I dc = −2 mA. Intarpas parodo triukšmo spektrą, gautą H = 70 Oe ir I dc = –2 mA. Triukšmo spektrai buvo matuojami atjungiant grįžtamojo ryšio bangolaidį. Duomenys imami iš A pavyzdžio.

Visas dydis

Įtaiso varža, išmatuota kaip plokštuminio magnetinio lauko, pritaikyto 45 ° kampu x ašies atžvilgiu, funkcija, parodyta papildomos informacijos S4 paveiksle. Įrenginys rodo aukštą tunelinio magnetinio pasipriešinimo (TMR) santykį - 50%. 1 pav. (A) pateiktas eksperimentinio įrenginio, skirto matuoti RDA svyravimus, kuriuos sukelia grįžtamasis ryšys, schema. Išorinis magnetinis laukas taikomas išilgai y ašies, kad būtų gautas ne kolinearinis magnetinių momentų laisvojo ir fiksuotojo sluoksnio išlyginimas. Per MTJ buvo perduodama nuolatinės srovės įtampa, naudojant įstrižainės T tinklą. RF šaltinis-T (grįžtamojo ryšio įtampa) yra prijungtas prie CPW per galios skirstytuvą ir stiprintuvą, kad būtų sustiprintas grįžtamojo ryšio signalas. (Fazės perjungiklį taip pat galima įterpti į grįžtamojo ryšio kelią.) CPW yra tiesiai virš laisvojo sluoksnio ir yra elektriškai izoliuotas nuo MTJ storu (100 nm) SiO 2 sluoksniu. Viena RF įtampos dalis, sukuriama per MTJ dėl šiluminių magnetinio laisvojo sluoksnio svyravimų, matuojama spektro analizatoriumi, o kita jos dalis yra stiprinama ir tiekiama į CPW. RF srovė, einanti per CPW, sukuria RF magnetinį lauką išilgai x ašies. Šis radijo dažnių magnetinis laukas, veikiantis kaip grįžtamasis ryšys, gali sustiprinti arba slopinti laisvojo sluoksnio įmagnetinimo svyravimus, kurie priklauso nuo fazių skirtumo tarp grįžtamojo ryšio signalo ir laisvojo sluoksnio įmagnetinimo virpesių.

Matavimai buvo atlikti su keturiais mėginiais - A, B, C ir D mėginiais, kurie buvo auginami tuo pačiu metu vienodomis augimo sąlygomis. Eksperimentų metu MTJ tunelio sankryža kartais nutrūko, galbūt dėl ​​per didelės nuolatinės srovės poslinkio srovės, elektrostatinės iškrovos ir (arba) dėl žmogaus klaidų. Todėl matavimams reikėjo naudoti skirtingus pavyzdžius. Iš visų keturių mėginių gavome panašius kokybinius rezultatus. Pirmiausia išmatuodavome įrenginio magnetinį triukšmą (A pavyzdys), nesujungdami grįžtamojo ryšio linijos, praleisdami –2 mA nuolatinę srovę. Įvairių magnetinių laukų, veikiančių išilgai y ašies, triukšmo spektrų smailės dažnis parodytas 1 pav. (B). Įdėklas rodo triukšmo spektrus H = 70 Oe ir I dc = −2 mA. Pagal Kittelio formulę dažnis priklauso nuo magnetinio lauko H, taikomo išilgai y ašies:

Image

Image

kur γ yra giromagnetinis santykis, Hc ir Hd žymi anizotropijos laukus plokštumoje ir už plokštumos 8 . Pagal aukščiau pateiktą formulę, gautą vieno domeno magnetui, dažnis eina į nulį, kai H = H c . Ši savybė parodyta kaip dažnio sumažėjimas 1 pav. (B). Mikromagnetiniai modeliavimai taip pat rodo, kad dažnis rodo kritimą, kaip parodyta S1 pav.

Tada mes išmatuojome įrenginio galios spektrus (A pavyzdys), prijungdami grįžtamąją liniją prie CPW. Stiprintuvo, prijungto grįžtamojo ryšio grandinėje, padidėjimas buvo nustatytas +24 dB. Įvairių nuolatinės srovės poslinkių srovių, svyruojančių nuo –1, 7 mA iki –2, 7 mA, galios spektrai, esant 0, 1 mA žingsniui, o H = 58 Oe, parodyti 2 pav. (A). Didėjant srovei, didėja RF grįžtamojo ryšio magnetinis laukas (žr. Papildomos informacijos 4 lygtį), o tai padidina laisvojo sluoksnio virpesių amplitudę. Esant nukrypimo srovei –2, 7 mA, mes pastebėjome didelę smailę, kurios siauros linijos plotis 200 KHz, esant ~ 2, 5 GHz. Tai atitinka reikšmingą virpesių kokybės koeficiento padidėjimą ( Q ~ 12800). 2 pav. (B) parodytas dažnio ir linijos pločio kitimas, atsižvelgiant į nuolatinės srovės poslinkio srovę. 2 pav. (C) parodyta visa išėjimo galia kaip šališkos srovės funkcija. Galios galia staigiai didėja didėjant srovei. Galios spektrai, gauti toms pačioms srovių ir magnetinio lauko vertėms, tačiau be grįžtamojo ryšio, parodyti S6 pav. Taigi, nors įmanoma, kad STT gali paveikti eksperimentinius rezultatus, 2 (a) ir S6 paveikslų palyginimas rodo, kad grįžtamojo ryšio efektas lemia didelę galią ir kokybės koeficientą.

Image

a ) galios spektrinis tankis (PSD), priklausantis nuo –2, 2 mA iki –2, 7 mA, kaip nuolatinės srovės srovės, veikiant 58 oe magnetiniam laukui išilgai y ašies, funkcijos. Stiprintuvo padidėjimas buvo nustatytas +24 dB. Įžanga rodo galios spektrinį tankį esant žemoms nuolatinės srovės srovės vertėms, svyruojančioms nuo –1, 7 mA iki –2, 1 mA. Didėjant nuolatinės srovės poslinkio srovei, smailės išauga ir tampa staigesnės. Įvairių srovių, nurodytų įdėkle, PSD yra dauginamas iš įvairių veiksnių, kad būtų aiškus matomumas. b ) dažnio ir linijos pločio kitimas atsižvelgiant į šališkumo srovę. Siauras 200 kHz linijos plotis, gautas esant -2, 7 mA, atitinka kokybės koeficientą ~ 12800. c ) Bendra išėjimo galia kaip nuolatinės srovės įtampa. Duomenys paimti apie A pavyzdį.

Visas dydis

3 paveiksle (a) parodyti duomenų, parodytų 2 pav. (A), galios spektrai, kai nuolatinės srovės vertės svyruoja nuo –2, 2 mA iki –2, 7 mA, rąstų skalėje. Mes galime aiškiai pamatyti šonines viršūnes aplink pagrindinę viršūnę. Dažnių skirtumas tarp šoninių smailių yra apie 120 MHz. Mūsų sistema yra panaši į kelių režimų lazerių sistemą, kuri taip pat patenka į vėlavimo linijos generatoriaus kategoriją. Lazerio sistemos delsimą lemia optinė ertmė 22, tuo tarpu šiame eksperimente grįžtamojo ryšio linija suteikia delsą. Skirtumą tarp šoninių smailių lemia sistemos važiavimas pirmyn ir atgal. Stebimas 120 MHz dažnio skirtumas atitiktų maždaug 8, 3 ns vėlavimą.

Image

a ) 2 pav. (a) parodytų brėžinių galios spektrai rąstų skalėje. Šoninės viršūnės gali būti aiškiai matomos. b ) galios spektrinis tankis, kai nėra grįžtamojo ryšio (raudona kreivė) ir tuo atveju, kai stiprintuvo stiprinimas yra +10 dB (žalia kreivė). Aiškumo dėlei žalia kreivė pasislinko vertikaliai aukštyn. Tai rodo kai kurias šonines viršūnes kartu su pagrindine viršūne. c ) galios spektrinis tankis, kai stiprintuvo stiprinimas yra +20 dB. Šoninės smailės šiuo atveju yra akivaizdesnės. d ) stiprintuvo padidėjimo galios spektrinis tankis yra +33 dB. Tokiu atveju pagrindinės smailės intensyvumas labai padidėja, todėl šoninių smailių nematyti. Piko ilgio linija mažėja didėjant stiprėjimui. 3 ( b - d ) grafikų duomenys imami naudojant B pavyzdį, kai H = 92 Oe ir I dc = 1 mA.

Visas dydis

3 paveiksle (b – d) parodyti galios spektrai, gauti B pavyzdyje, kai H = 92 Oe ir I dc = +1 mA, atsižvelgiant į įvairias stiprintuvo padidėjimo reikšmes. Padidėjęs grįžtamasis ryšys padidėja magnetinių virpesių amplitudė. 3 pav. B pateikiami atvejo galios spektrai be grįžtamojo ryšio (raudona kreivė) ir stiprintuvo padidėjimas +10 dB (žalia kreivė). Prijungę grįžtamąjį ryšį, mes pradedame stebėti šonines smailės greta pagrindinės rezonansinės smailės spektre. Toliau didinant stiprintuvo padidėjimą iki +20 dB, šoninės smailės yra akivaizdesnės, kaip parodyta 3 pav. (C). Stiprintuvo padidėjimui = +33 dB (kaip parodyta 3 pav. D)) pagrindinės smailės intensyvumas tampa labai didelis, todėl šoninių smailių nematyti. Mes taip pat stebime, kaip padidėja stiprintuvo stipris, kai linijų plotis sumažėja. Nesant grįžtamojo ryšio, remiantis duomenimis, parodytais 3 pav. (B), Lorentzian jungiamosios detalės linijos plotis yra 387 MHz, o laisvojo sluoksnio įmagnetinimo virpesiai siekia ne daugiau kaip ~ 2 pW / MHz. Esant vienodoms šališkumo sąlygoms, bet dabar, kai stiprintuvo padidėjimas yra +33 dB (kaip parodyta 3 pav. (D)), gautas linijos plotis buvo 10 MHz, o laisvojo sluoksnio įmagnetinimo virpesiai pasiekė maksimalią apytikslę ~ 2, 5 nW / MHz. . Taigi, radijo dažnių grįžtamasis ryšys padidino virpesių amplitudę trimis eilėmis. (Atitinkamas bendrosios galios padidėjimas yra maždaug 32 kartus).

Aukščiau pateikti rezultatai rodo, kad grįžtamasis ryšys yra dominuojantis veiksnys mūsų eksperimentuose, palyginti su STT efektu. Sustiprintas signalas nėra tiesiogiai perduodamas į MTJ, o yra sujungtas su MTJ per grįžtamojo ryšio indukcinį sujungimą. Taigi bet koks MTT esantis STT poveikis nėra sustiprintas ir negali duoti rezultatų, parodytų 3 pav. (B – d). Apskaičiuota, kad kritinė įtampa, reikalinga STT sužadinimui, yra 1, 18 V ir yra daug didesnė už maksimalią 0, 27 V įtampą, naudojamą šiuose eksperimentuose (žr. Papildomą informaciją). Be to, reikia pažymėti, kad jei mes naudosime stiprintuvą tiesiog sustiprindami triukšmo signalą ( pvz., Spektrą be grįžtamojo ryšio, parodyto 3 pav. (B)), gausime didesnę išėjimo galią, tačiau linijos plotis būtų toks pat. Šiame eksperimente stiprintuvas žymiai sumažina linijos plotį dėl grįžtamojo ryšio efekto.

Taip pat atlikome eksperimentus, į grįžtamąjį kelią įkišdami papildomą maždaug 1, 5 m ilgio laidą. Galios spektrinis tankis (PSD), išmatuotas (C pavyzdyje) esant –2 mA srovei (stiprintuvo padidėjimas = 27 dB, H = 70 Oe), parodytas papildomos informacijos S5 pav. Smailių atskyrimas sumažėjo iki 62, 2 MHz, o tai atitinka 16, 1 ns atbuline eiga.

MTJ ir CPW derinys suteikia mikrobangų padidėjimą, lygiai taip pat kaip šviesa yra sustiprinama optinėje stiprinimo terpėje. Tačiau yra ir fizinio stiprinimo mechanizmo skirtumų. Lazerio atveju šviesa sustiprinama stimuliuojamos emisijos būdu, kaip schematiškai parodyta 4 pav. (A). Susijaudinęs atomas perkelia į mažesnės energijos būseną dėl atsitiktinio fotono ir skleidžia kitą fotoną. Paprastai perėjimą lemia kritusios elektromagnetinės bangos elektrinis laukas. Panaši schema gali būti nubrėžta grįžtamojo ryšio stiprinimo atveju, kaip parodyta 4 pav. (B). Jei CPW įvyksta mikrobangų krosnelė, su kritimo banga susijęs magnetinis laukas gali sužadinti laisvojo sluoksnio įmagnetinimo virpesius. Nuolatinė srovė, tekanti per MTJ, per TMR efektą šiuos virpesius paverčia mikrobangomis. Esant dideliems TMR santykiams (arba didelėms nuolatinės srovės srovėms), mes galime sustiprinti krintančią mikrobangų krosnelę, kuri schematiškai parodyta kaip dviejų mikrobangų fotonų emisija iš įrenginio, reaguojant į vieną atsitiktinį fotoną. Prietaiso skleidžiami mikrobangos turi fiksuotą fazę, palyginti su krintančiomis mikrobangomis. Kai mes sujungiame CPW ir MTJ, kaip parodyta 1 pav. (A), bet koks laisvojo sluoksnio įmagnetinimo svyravimas sukelia svyruojančios srovės signalą CPW. Tai veikia kaip atsitiktinė mikrobangų spinduliuotė, kuri sustiprėja ir galiausiai išskiria koherentinę mikrobangų spinduliuotę. Šiame eksperimente mes turėjome naudoti išorinį stiprintuvą, nes sistemos padidėjimas buvo mažas dėl mažo TMR santykio ir didelio grįžtamojo ryšio linijos pločio.

Image

a ) Fotonų stiprinimo pagal lazerį stimuliuojama schema schema. b ) Mikrobangų fotonų stiprinimo schema kartu su MTJ, maitinamu nuolatinės srovės įstrižine srove, ir bendro plokštumos bangų kreiptuvo (CPW) deriniu. Mikrobangų fotono įvykis, esantis CPW, sužadina magnonus laisvajame sluoksnyje. Laisvojo sluoksnio magnonai sukuria mikrobangas dėl TMR efekto ir nuolatinės srovės įtampa. Jei TMR efektas yra didelis (arba jei didelė nuolatinės srovės poslinkio srovė), kylančiosios mikrobangos gali būti sustiprintos.

Visas dydis

Norėdami gauti papildomos informacijos apie grįžtamąjį ryšį, mes atlikome savo prietaiso mikromagnetinius modeliavimus. Mes modeliavome elipsinį 500 nm × 300 nm × 3 nm matmenų pavyzdį naudodami „MuMax3“ (išsami informacija papildomoje informacijoje). 5 pav. (A) parodytas galios spektrinis tankis mx įvairioms srovėms, darant prielaidą, kad stiprintuvo padidėjimas yra +21 dB, H = 60 Oe ir grįžtamasis ryšys yra 10 ns. Kreivė, kurios I = 0, reiškia, kad nėra grįžtamojo ryšio, ir parodo laisvojo sluoksnio šiluminius svyravimus. Galima aiškiai pastebėti, kad didėjant srovei PSD smailė didėja ir tampa staigesnė, panaši į eksperimentų stebimą tendenciją. 5 pav. (B) mes nubraižėme m x (esant nuliniam atsilikimui) kryžminę koreliaciją tarp mėginio centro ir įvairių taškų išilginėje mėginio ašyje. Esant žemoms srovėms, mes matome, kad kryžminė koreliacija greitai nukrenta iki nulio, kai judame mėginio kraštų link. Didėjant srovei, kryžminė koreliacija gerėja. Esant didelėms srovėms, kur PSD matome dideles amplitudės viršūnes, imties kryžminė koreliacija yra artima 1. Tai reiškia, kad esant didelei srovei įvairių mėginio dalių įmagnetinimo virpesiai yra užfiksuoti fazėje. Grįžtamasis ryšys priklauso nuo mėginio pasipriešinimo, ty nuo vidutinės viso laisvojo sluoksnio mx vertės. Kadangi grįžtamojo ryšio signale yra informacijos apie vidutinę m x vertę, visame pavyzdyje jis sukelia svyravimus ta pačia faze. Tai, savo ruožtu, reiškia, kad visas pavyzdys gali svyruoti nuosekliai kaip vienos domeno dalelės. Mikromagnetiniai modeliavimai taip pat atskleidžia šoninių juostų buvimą, kaip pastebėta eksperimente (papildomas S2 pav.). PSD, kai vėluojama 10 ir 20 ns, parodyta S2 pav. Atstumas tarp 10 ns ir 20 ns vėlavimo šoninių juostų yra atitinkamai apie 0, 1 GHz ir 0, 05 GHz, ty lygus atidėjimo laiko atvirkštinei daliai.

Image

Modeliavimo rezultatai: a ) įvairių nuolatinės srovės verčių mx spektrinis tankis. Išilgai y ašies buvo pritaikytas 60 Oe magnetinis laukas, o grįžtamojo ryšio linijoje buvo imtasi stiprintuvo, kurio padidėjimas +21 dB. Didėjant nuolatinės srovės pakrypimo srovei, spektrinio tankio smailės didėja ir tampa staigesnės, tai rodo smailės tiesinio pločio pagerėjimą. b ) Kiekvienos ląstelės įmagnetinimas pagrindinėje elipsės ašyje buvo užfiksuotas kaip laiko funkcija. Kryžminė koreliacija (esant 0 atsilikimui) tarp m x centre ir m x išilgai ašies nubrėžta esant skirtingoms nuolatinės srovės poslinkio srovės vertėms. Esant mažoms paklaidų srovių reikšmėms, kryžminė koreliacija kaip atstumo funkcija greitai sumažėja iki nulio. Esant didesnėms poslinkio srovėms, kai spektro tankio smailės amplitudė yra didelė, kryžminė koreliacija išlieka didelė net šalia mėginio kraštų. Taigi visas pavyzdys svyruoja nuosekliai didelėms srovėms.

Visas dydis

Mes taip pat išanalizavome dabartinį osciliatorių pagal universalų osciliatoriaus modelį 10, įtraukdami grįžtamojo ryšio efektą. Mes nustatėme, kad atsiliepimai gali žymiai sumažinti generatoriaus linijos plotį, išreikštą žemiau esančia lygtimi:

Image

Aukščiau pateiktoje lygtyje ν žymi be matmens dažnio poslinkio wrt . virpesių amplitudė, p 0, α yra Gilberto slopinimo konstanta, o T yra temperatūra. Γ P yra dinaminis slopinimo koeficientas. Informacija pateikiama 3 papildomoje pastaboje.

Toliau mes atlikome D pavyzdžio PSD matavimus esant didesniam stiprintuvo stiprumui, kad gautume daugiau galios. Tokio matavimo rezultatai esant 70 Oe magnetiniam laukui ir esant stiprintuvo padidėjimui +29 dB, parodyti 6 pav., Esant abiem nuolatinės srovės poslinkio srovės poliškumoms. Galima pastebėti, kad skiriasi teigiamos ir neigiamos srovės galia. Pakeitus poliškumą, fazė keičiama 180 °, o tai gali sukelti šią asimetriją (žr. 6 papildomą pastabą). Sukimosi sukimo momentas taip pat galėtų prisidėti prie šios asimetrijos. Mes matėme tokį asimetrišką elgesį visuose tirtuose mėginiuose. Teigiamai srovei galėtume gauti didelę daugiau nei vieno mikrovatų galią. Iš 6 pav. Taip pat matome, kad slenkstinė srovė yra apie +1, 5 mA, virš kurios išėjimo galia staigiai kyla. Panašūs rezultatai buvo gauti atliekant mikromagnetinius modeliavimus, kaip parodyta papildomos informacijos S3 pav. Virš šios slenkstinės srovės (žr. S3 pav.) Taip pat galime pastebėti didelį kryžminės koreliacijos funkcijos pagerėjimą, kaip parodyta 5 pav. (B). Tai reiškia, kad viršijant dabartinę slenkstinę vertę, skirtingos mėginio dalys virpa fazėje ir gauname didelę išėjimo galią.

Image

Duomenys imami naudojant D pavyzdį.

Visas dydis

Norėdami gauti didelę galią, grįžtamojo ryšio kelyje naudojome stiprintuvą, kurio padidėjimas yra +29 dB. Kadangi signalas iš MTJ yra padalijamas į 2 lygias dalis (1 pav. (A)), signalas efektyviai sustiprinamas +26 dB, o tai reiškia maždaug 20 įtampos padidėjimą. RF grįžtamojo ryšio magnetinis laukas gali būti padidintas sumažinant grįžtamojo ryšio linijos plotį ir padidinant prietaiso TMR santykį (papildomą informaciją žr. 4 lygtį). Šio eksperimento grįžtamojo ryšio linijos plotis yra 1 μm, o TMR - 50%. Sumažinus plotį iki 100 nm ir padidinus TMR santykį iki 200%, padidėjimas būtų 40, o išorinio stiprintuvo naudojimas būtų visiškai nereikalingas. Mes taip pat apsiribojome matavimais, taikydami maždaug 0, 27 V nuolatinės srovės poslinkį. Padidinus grįžtamojo ryšio amplifikaciją, galima padidinti padidinus nuolatinės srovės poslinkio srovę.

Apibendrinant, mes pademonstravome nuoseklų mikrobangų spinduliavimą iš magnetinio tunelio sankryžos, naudodami magnetinio lauko grįžtamąjį ryšį. Didelis kokybės koeficientas, viršijantis 10000, buvo gautas eksperimentiniu būdu. Šie nanodalelių generatoriai gali būti pritaikyti keliose vietose, pavyzdžiui, bevielio ryšio sistemose. Viena iš dabartinės osciliatoriaus konfigūracijos ypatybių yra ta, kad sukimosi perdavimo sukimo momentas nėra būtinas jo veikimui. Įrenginiai, kuriuose kartu sukasi sukimo momentas ir grįžtamasis ryšys, gali sukelti naują fizinį poveikį ir geresnius generatorius.

Metodai

Daugiasluoksniai elementai, kurių sudėtyje yra dugno kontaktas (50) / Ta (3) / Ru (5) / IrMn (7) / CoFe (3) / Ru (0, 8) / CoFeB (3) / CoFe (0, 4) / MgO (0, 9). ) / CoFeB (3) / Ta (5) / Ru (5) / viršutinis kontaktas (45) (storis nanometrais) buvo pagaminti. MTJ plėvelė buvo deponuota naudojant magnetroninį purškimą, naudojant „Canon ANELVA C7100“. Mėginys antrą kartą atkaitintas 300 ° C temperatūroje 6 kOe plokštumoje. CoFe (3) / Ru (0, 8) / CoFeB (3) yra sintetinis antiferromagnetinis (SAF) poliarizacinis sluoksnis. CoFe ir CoFeB yra sujungti antiferromagnetiniu būdu per Ru. Viršutinis „CoFeB“ sluoksnis veikia kaip laisvasis sluoksnis. Ta (5) / Ru (5) yra dangos sluoksnis laisvam „CoFeB“ sluoksniui, kuris yra pagamintas gana storas, kad apsaugotų laisvą sluoksnį nuo bet kokių pažeidimų per mikrofabrikavimo procesus. Mikrobangų emisijos spektrai buvo išmatuoti spektro analizatoriumi. Norėdami gauti teisingą radijo dažnių skleidžiamą išvesties galią iš MTJ, iš neapdorotų išėjimo galios duomenų atėmėme foninius duomenis. Kiekvienas spektras gaunamas vidutiniškai 100 spektrinių nuskaitymų. Galios galia buvo pataisyta atsižvelgiant į energijos skirstytuvo įtraukimą į sistemą ir varžos neatitikimą. Visi matavimai buvo atlikti kambario temperatūroje. Mikromagnetiniai modeliavimai buvo atlikti naudojant programą „MuMax3“ 23 .

Papildoma informacija

Kaip pacituoti šį straipsnį : Kumar, D. et al . Nuoseklus mikrobangų generavimas naudojant spintroninį grįžtamąjį generatorių. Mokslas. Rep. 6, 30747; „doi“: 10.1038 / srep30747 (2016).

Papildoma informacija

PDF failai

  1. 1.

    Papildoma informacija

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.