Snurrer mod robust mikrobølge generation på nano skala

Spin-torque oscillatorer (STO'er) er nanoskalaenheder, der genererer mikrobølger ved hjælp af ændringer i magnetfeltets retning, men dem, der produceres af enhver individuel enhed, er for svage til praktiske anvendelser. Fysikere har forsøgt - og til dato, konsekvent undladt - at producere pålidelige mikrobølgefelter ved at koble store ensembler. Michael Zaks fra Humboldt University of Berlin og Arkady Pikovsky fra University of Potsdam i Tyskland har nu vist, hvorfor det ikke kan lykkes at forbinde disse enheder i serie, og, på samme tid, foreslog andre veje at udforske. Deres arbejde blev for nylig offentliggjort i The European Physical Journal B .

Fysikken bag spin-torque-svingninger er den samme som den bag harddisken på computeren, som du sandsynligvis læser denne tekst på. Det er en kvantemekanisk effekt kendt som 'kæmpe magnetoresistens', hvor ændring af det eksterne magnetfelt omkring en stak lag af skiftevis ferromagnetiske og ikke-magnetiske metaller giver anledning til betydelige ændringer i elektrisk modstand.

Hvis den producerede elektriske kraft er stærk nok, og de magnetiske lag kan rotere frit, magnetisk svingning opstår, og mikrobølger genereres; dette er STO -effekten. Imidlertid, kun synkroniserede svingninger fra store ensembler af oscillatorer kan producere mikrobølger, der er tilstrækkeligt kraftige til at være nyttige. Zaks og Pikovskys arbejde illustrerer, hvorfor det har vist sig så svært at synkronisere dem.

For at gøre det, fysikerne simulerede bevægelsen af ​​et ensemble af seriekoblede STO'er ved hjælp af ligningerne for ikke-lineær dynamik. Deres analyse afslørede, at ensemblerne altid var for ustabile til, at svingningerne kunne forblive sammenhængende. I særdeleshed, de fandt ud af, at de tilfældige udsving i elektrisk strøm, der påvirker alle oscillatorer samtidigt - såkaldt 'almindelig støj' - ikke stabiliserer svingningerne, som nogle havde forudsagt. I stedet, i nogle tilfælde, tilstrækkeligt stærke udsving var i stand til helt at undertrykke svingningerne.

Zaks og Pikovsky har kaldt dette nyopdagede fænomen 'støjinduceret svingningsdød'. Bevæbnet med ny teoretisk viden om dette system, de undersøger nu andre metoder til at koble disse nanoskala -maskiner til at producere robuste mikrobølger på makroskalaen.