Die Studie zeigt phasenabstimmbare Spin-Wellen-vermittelte gegenseitige Synchronisation von Spin Hall-Nano-Oszillatoren

Spin Hall Nano-Oscillators (SHNOS) sind nanoskalige spintronische Geräte, die Direktstrom in Hochfrequenz-Mikrowellensignale durch Spin-Wellen-Autoabschnitte umwandeln. Dies ist eine Art nichtlineare Magnetisierungsschwankungen, die ohne die Notwendigkeit einer periodischen externen Kraft selbsttragend sind.

Theoretische und Simulationsstudien fanden heraus, dass die Ausbreitung von Spin-Wellen-Modi, in denen sich Spinwellen über Materialien bewegen, anstatt sich auf die automatische Oszillationsregion zu beschränken, die Kopplung zwischen SHNOS fördern kann.

Diese Kopplung kann wiederum genutzt werden, um den Zeitpunkt der Schwingungen in diesen Geräten anzupassen, was für die Entwicklung neuromorpher Computersysteme und andere spintronische Geräte vorteilhaft sein könnte.

Forscher der Universität Göteborg in Schweden und der Tohoku University in Japan, IN ein Papier veröffentlicht in Naturphysikhaben experimentell eine solch spinwellenvermittelte SHNO-to-Shno-Kopplung gezeigt. Ihre Studie zeigt auch, wie die Spannungssteuerung das Timing und die Phase der Kopplung zwischen den SHNOs erreicht werden kann.

„In den letzten zwei Jahrzehnten hat unsere Gruppe (die angewandte Spintronics -Gruppe an der Universität von Göteborg geleitet von Prof. Johan Åkerman) an spintronischen Oszillatoren, ihrer gegenseitigen Synchronisation und Anwendungen in Bereichen wie Telekommunikationen, neuromorphem Berechnungen und, am meisten, und, am meisten, gearbeitet Kürzlich sagte Ising Machines, „Akash Kumar, erster Autor der Zeitung, gegenüber Phys.org.

„Die vorliegende Studie wurde von inspiriert von Die Entdeckung propagierender Spinwellen in Spin Hall Nano-Oszillatoren (SHNOS). „

Im Rahmen früherer Forschungsarbeiten konnte das Team der Universität von Göteborg zum ersten Mal propagierende Spinwellen in SHNOs realisieren, wobei optimierte Dünnfilmproben des Materials mit Cofeb/mgo verwendet wurden.

Diese entscheidende Leistung legte die Grundlage für ihre aktuelle Studie, die darauf abzielte, die gegenseitige Synchronisation von SHNOs unter Verwendung der Physik von Spinwellen dynamisch zu steuern, insbesondere durch Übertragung der Phaseninformationen zwischen den Oszillatoren.

„Eine solche Kontrolle ist für die Erreichung von Langstrecken-Eins-zu-Eins-Kopplung zwischen getrennten SHNO-Paaren sowie in längeren Ketten unerlässlich“, sagte Kumar. „Dies bricht die Barriere der in den zuvor nachgewiesenen Systemen beobachteten Kopplung in der nächsten Nachbarn.“

Um ihre Experimente durchzuführen, verwendeten Kumar und seine Kollegen Geräte mit zwei SHNO, die leicht zu fertigen sind. Aufbauend auf ihren früheren Studien konnten sie eine gegenseitige Synchronisation zwischen diesen Geräten nachweisen, die durch Propagierung von Spinwellen vermittelt wurde.

„SHNOs sind vielseitige Oszillatoren, die eine große Frequenz-Nichtlinearität aufweisen, in Größen von nur 10 nm hergestellt werden und können in großen eindimensionalen Ketten und zweidimensionalen Arrays gegenseitig synchronisieren“, erklärte Kumar. „Die Spinwellen in diesen Geräten ermöglichen die Übertragung von Phasen- und Amplitudeninformationen von einem SHNO zum anderen, was in früheren Demonstrationen fehlte.“

Die Forscher erstellten die SHNO-Geräte, die sie in ihren Experimenten verwendeten, bei denen gemeinsame Nanofabrikationsprozesse verwendet wurden. Um die gewünschte gegenseitige Synchronisation zwischen den beiden Geräten zu erreichen, stimmten sie die magnetische Anisotropie und Trennung zwischen ihnen sorgfältig ab.

„Wir beobachteten zunächst die Signatur einer phasenabgestimmten gegenseitigen Synchronisation in elektrischen Messungen, wobei wir die Leistungsspektraldichte unter Verwendung von Hochfrequenzspektrumanalysern gemessen haben“, sagte Kumar.

„Um unsere Ergebnisse zu bestätigen, führten wir dann Phasenaufgelöste Brillouin Light-Streumessungen (μ-BLS) unter Verwendung unserer hochmodernen Einrichtung durch, die es uns ermöglichten, die Phase jedes Oszillators direkt zu visualisieren und unsere Hypothese zu validieren.“ sagte Avinash Kumar Chaurasiya, ein gemeinsamer Erstautor der Studie, und verantwortlich für die Mikroskopiemessungen.

„Um ihre Ergebnisse weiter zu validieren und das Vorhandensein einer phasenabstimmenden gegenseitigen Synchronisation zwischen den Oszillatoren zu bestätigen, habe ich eine Reihe mikromagnetischer Simulationen durchgeführt“, sagte der Student Victor González, der auch den ersten Autor der Zeitung mitgeteilt hat. Diese Simulationen bestätigten die ursprüngliche Hypothese und hob das Potenzial ihres Ansatzes zur Kontrolle der Kopplung zwischen SHNO -Geräten hervor.

„Die Übertragung von Phaseninformationen zwischen SHNOS wird für eine Reihe von Anwendungen sehr nützlich sein“, sagte Kumar.

„Mit einer weiteren Skalierung und Spannungsregelung kann diese Kopplung SHNO-Geräte für Ising-Maschinen verwenden, die kombinatorische Optimierungs-Hardware-basierte Berechnungsbeschleuniger sind. Diese Maschinen haben das Potenzial, bei Raumtemperatur zu operieren und sind wirklich nanoskopisch in groß sowohl praktisch als auch hocheffizient. „

Diese jüngste Studie von Kumar und seinen Kollegen unterstreicht die Möglichkeit der Nutzung von Propagieren von Spinwellen, um die Kopplung zwischen SHNOs dynamisch zu steuern. In Zukunft könnte es neue aufregende Möglichkeiten für die Entwicklung verschiedener spintronischer Geräte eröffnen, die besser gerüstet sein könnten, um die reale Optimierung und die Rechenaufgaben anzugehen.

„Im Rahmen unserer nächsten Studien planen wir, das System so zu skalieren, dass eine große Anzahl von SHNOs einbezogen wird und Spannungsgating verwendet wird, um energieeffiziente On-Demand-Lokalkontrolle der Kopplung bereitzustellen“, fügte Kumar hinzu. „Diese Fortschritte machen diese Geräte für reale Anwendungen wirklich funktional.“

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