Рабочие характеристики микроволнового вихревого наногенератора

Павел [Pavel] Андреевич [A.] Стремоухов [Stremoukhov]; Ансар [Ansar] Ризаевич [R.] Сафин [Safin]; Николай [Nikolay] Николаевич [N.] Удалов [Udalov]

Павел [Pavel] Андреевич [A.] Стремоухов [Stremoukhov]
Ансар [Ansar] Ризаевич [R.] Сафин [Safin]
Николай [Nikolay] Николаевич [N.] Удалов [Udalov]

Ключевые слова: вихревой спин-трансферный наноосциллятор, вихревая динамика, оптимизация мощности

Аннотация

Значительный интерес представляют магнитные вихри, образующиеся в магнитных наноструктурах при протекании через них спин-поляризованного тока в результате эффекта переноса спина «spin-transfer torque»). На основе вихревой динамики намагниченности в магнитных наноструктурах могут быть реализованы принципиально новые миниатюрные генераторы микроволнового диапазона, широко перестраиваемые по частоте, — «спин-трансферные наноосцилляторы» (СТНО). В отличие от однородных вихревые СТНО обладают существенными преимуществами: меньшей шириной спектральной линии (около 1 МГц на частотах до 1 ГГц), большей выходной мощностью (около 1 мкВт), отсутствием внешнего магнитного поля. Для практического использования таких генераторов необходимо уменьшить ширину спектральной линии СТНО. Одним из методов уменьшения ширины спектральной линии генерируемых вихревым СТНО колебаний является использование внешней синхронизации гармоническим высокочастотным током или магнитным полем. На основе уравнения Тиля для кора (центра) вихря были выведены укороченные уравнения для медленно меняющихся амплитуды и разности фаз вихревого СТНО при синхронизации его внешним гармоническим источником. Благодаря резистивной эквивалентной схеме получены рабочие характеристики СТНО и найдены оптимальные значения параметров, удовлетворяющие максимуму выходной мощности на нагрузке. Исходя из представленной модели определен диапазон перестройки СТНО по частоте.

Сведения об авторах

Павел [Pavel] Андреевич [A.] Стремоухов [Stremoukhov]

Место работы кафедра Формирования и обработки радиосигналов НИУ МЭИ
Должность студент

Ансар [Ansar] Ризаевич [R.] Сафин [Safin]

Учёная степень: кандидат технических наук
Место работы кафедра Формирования и обработки радиосигналов НИУ «МЭИ»
Должность доцент

Николай [Nikolay] Николаевич [N.] Удалов [Udalov]

Учёная степень: доктор технических наук
Место работы кафедра Формирования и обработки радиосигналов НИУ «МЭИ»
Должность профессор

Литература

1. Slonczewski J.C. Current-driven excitation of magnetic multilayers // J. Magnetism and Magnetic Materials. 1996. V. 159. L. 1—7.
2. Berger L. Emission of spin waves by a magnetic multilayer traversed by a current // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. N 13. P. 9353—9358.
3. Slavin A., Tiberkevich V. Nonlinear Auto-Oscillator Theory of Microwave Generation by Spin-Polarized Current // IEEE Trans. Mag. 2009. V. 45. P. 1875—1918.
4. Grollier J., Cros V., Fert A. // Synchronization of spin-transfer oscillators driven by stimulated microwave currents // Phys. Rev. B. 2006. V. 73. P. 060409(R).
5. Safin A.R., Udalov N.N., Kapranov M.V. Mutual Phase Locking of Very Nonidentical Spin Torque Nanooscillators via Spin Wave Interaction // Eur. Phys. J. Appl. Phys. 2014. V, 67. P. 20601.
6. Belanovsky A.D. e. a. Numerical and Analytical Investigation of the Synchronization of Dipolarly Coupled Vortex Spin-Torque Nano-Oscillators // Appl. Phys. Lett. 2013. V. 103. P. 122405.
7. Junyeon K., Sug-Bong C. // Simple Harmonic Oscillation of Ferromagnetic Vortex Core// J. Magnetics. 2007. V. 12 (3). P. 113—117.
8. Gaididei Y., Kravchuk V., Sheka D. Magnetic Vortex Dynamics Induced by an Electrical Current // Intern. J. Quantum Chem. 2009. V. 110. P. 83—97.
9. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа. 2000.
10. Khvalkovskiy A.V., Grollier J., Dussaux A., Zvezdin К.A., Cros V. // Vortex oscillations induced by spin-polarized current in a magnetic nanopillar: Analytical versus micromagnetic calculations // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. P. 140401(R).