Les nano-oscillateurs de Spin Hall (SHNOS) sont des dispositifs spintroniques à l’échelle nanométrique qui convertissent le courant direct en signaux micro-ondes à haute fréquence par des auto-oscillations des ondes de spin. Il s’agit d’un type d’oscillations de magnétisation non linéaire qui sont autonomes sans avoir besoin d’une force externe périodique.
Des études théoriques et de simulation ont révélé que la propagation des modes d’ondes de spin, dans lesquelles les ondes de spin se déplacent sur les matériaux au lieu d’être confinées à la région d’auto-oscillation, peut favoriser le couplage entre les SHN.
Ce couplage peut à son tour être exploité pour ajuster le calendrier des oscillations dans ces appareils, ce qui pourrait être avantageux pour le développement de systèmes informatiques neuromorphes et d’autres dispositifs spintroniques.
Des chercheurs de l’Université de Göteborg en Suède et de l’Université Tohoku au Japon, en un papier publié dans Physique de la natureont expérimentalement démontré un tel couplage shno-to-shno médié par les ondes de spin. Leur étude montre également comment atteindre le contrôle de tension du moment et de la phase du couplage entre les SHN.
« Au cours des deux dernières décennies, notre groupe (le groupe Spintronics Applied de l’Université de Göteborg dirigé par le professeur Johan Åkerman) a travaillé sur des oscillateurs spintroniques, leur synchronisation mutuelle et les applications dans des domaines tels que les télécommunications, le calcul neuromorphique et la plupart des domaines et la plupart Récemment, Ising Machines, « Akash Kumar, premier auteur du journal, a déclaré à Phys.org.
« La présente étude a été inspirée par La découverte des ondes de spin propageant dans les nano-oscillateurs de Spin Hall (SHNOS). «
Dans le cadre de la recherche antérieure, l’équipe de l’Université de Göteborg a pu réaliser pour la première fois des ondes de spin propageant des échantillons de flux mince optimisé du matériau avec COFEB / MGO.
Cette réalisation cruciale a jeté les bases de leur étude actuelle, qui visait à contrôler dynamiquement la synchronisation mutuelle de SHNOS en utilisant la physique des ondes de spin, en particulier en transférant des informations de phase entre les oscillateurs.
« Un tel contrôle est essentiel pour réaliser un couplage à longue portée entre les paires SHNO séparées, ainsi que dans des chaînes plus longues », a déclaré Kumar. « Cela rompt la barrière du couplage limité à l’observateur le plus proche vu dans les systèmes précédemment démontrés. »
Pour mener à bien leurs expériences, Kumar et ses collègues ont utilisé des appareils avec deux SHNO faciles à fabriquer. S’appuyant sur leurs études précédentes, ils ont pu démontrer une synchronisation mutuelle entre ces dispositifs, qui a été médié par la propagation des ondes de spin.
« Les SHNO sont des oscillateurs polyvalents qui présentent une grande non-linéarité de fréquence, peuvent être fabriqués à des tailles aussi petites que 10 nm et sont capables de synchronisation mutuelle dans de grandes chaînes unidimensionnelles et des tableaux bidimensionnels », a expliqué Kumar. « Les ondes de spin dans ces appareils permettent la transmission des informations de phase et d’amplitude d’un SHNO à un autre, qui était absente dans les démonstrations précédentes. »
Les chercheurs ont créé les appareils SHNO qu’ils ont utilisés dans leurs expériences en utilisant des processus de nano-fabrication communs. Pour atteindre la synchronisation mutuelle souhaitée entre les deux dispositifs, ils ont soigneusement réglé l’anisotropie magnétique et la séparation entre eux.
« Nous avons d’abord observé la signature de la synchronisation mutuelle réglée en phase dans les mesures électriques, où nous avons mesuré la densité spectrale de puissance à l’aide d’analyseurs de spectres à haute fréquence », a déclaré Kumar.
« Pour confirmer nos résultats, nous avons ensuite effectué des mesures de microscopie à la diffusion de la lumière brillante résolues en phase (μ-BLS) en utilisant notre installation de pointe, ce qui nous a permis de visualiser directement la phase de chaque oscillateur et de valider notre hypothèse, » a déclaré Avinash Kumar Chaurasiya, un premier auteur partagé de l’étude, et responsable des mesures de microscopie.
« Pour valider davantage leurs résultats et confirmer la présence d’une synchronisation mutuelle réglée en phase entre les oscillateurs, j’ai organisé une série de simulations micromagnétiques », a déclaré l’étudiant diplômé Victor González, a également partagé le premier auteur du journal. Ces simulations ont confirmé l’hypothèse d’origine, mettant en évidence le potentiel de leur approche pour contrôler le couplage entre les appareils SHNO.
« Le transfert d’informations de phase entre SHNOS sera très utile pour un certain nombre d’applications », a déclaré Kumar.
« Avec un contrôle supplémentaire de mise à l’échelle et de tension, ce couplage peut permettre l’utilisation de dispositifs SHNO pour des machines ISING, qui sont des accélérateurs de calcul basés sur le matériel combinatoire. à la fois pratique et très efficace. «
Cette étude récente de Kumar et ses collègues met en évidence la possibilité de tirer parti des ondes de spin de propagation pour contrôler dynamiquement le couplage entre les SHN. À l’avenir, il pourrait ouvrir de nouvelles possibilités passionnantes pour le développement de divers appareils spinstronic qui pourraient être mieux équipés pour lutter contre l’optimisation du monde réel et les tâches de calcul.
« Dans le cadre de nos prochaines études, nous prévoyons de mettre à l’échelle le système pour incorporer un grand nombre de SHNO et en utilisant la gamme de tension pour fournir un contrôle local économe en énergie et à la demande du couplage », a ajouté Kumar. « Ces progrès rendront ces appareils vraiment fonctionnels pour les applications du monde réel. »
Plus d’informations:
Akash Kumar et al, synchronisation mutuelle à l’on Physique de la nature (2025). Doi: 10.1038 / s41567-024-02728-1.
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