Critical current density of a spin-torque oscillator with an in-plane magnetized free layer and an out-of-plane magnetized polarizer
基于宏观自旋模型，研究了面内磁化自由层和面外磁化极化层的自旋力矩振荡器在面内形状各向异性场（$H_{\rm k}$）和外磁场（$H_{\rm a}$）作用下的自旋力矩感生磁化动力学.得到了OP旋进临界电流密度（$J_{\rm c1}$）的严格解析表达式。所获得的表达式成功地再现了[D]中报道的实验获得的$J_{\rm c1}$的$H_{\rm a}$依赖性。Houssameddine $et$ $al$ .，Nat.板牙. 6，447（2007）]。
2016-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Spin-torque oscillator based on tilted magnetization of the fixed layer
自旋力矩振荡器（STO），其中的固定层的磁化是倾斜的膜平面外，能够在零磁场强微波信号的产生。通过数值模拟的Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程，在宏观自旋近似下，我们研究了微波信号的产生作为一个函数的驱动电流为两个现实的倾斜角。固定层的倾斜磁化可以通过使用具有高面外磁晶各向异性的材料（诸如L10 FePt）来实现。
2008-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependence of linewidth in nano-contact based spin torque oscillators: effect of multiple oscillatory modes
讨论了纳米接触自旋力矩振荡器（STO）中模式跃迁对电流（I）和温度（T）依赖线宽（Δf）的影响.在常数I下，Δf在模式转变附近表现出反常的温度依赖性; Δf可以随T增加或减少，这取决于w.r.t.模式转换。我们表明，如果非线性放大系数直接由实验确定，那么即使在模跃迁附近存在两个模，Δf作为I的函数的行为也可以用STO的单模解析理论拟合。使用最近开发的理论的两个耦合模式，我们表明，线宽附近的模式转换可以描述的“有效”的单振荡器理论与增强的非线性放大，进行额外的温度依赖性，从而定性地解释了实验结果。
2012-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Spin transfer torque oscillator based on asymmetric magnetic tunnel junctions
研究了基于CoFeB/MgO/CoFeB非对称磁性隧道结的自旋转移矩振荡器。我们观察到微波旋进结的自由磁化层的厚度不同。利用MTJ中自由层和参考层之间的铁磁层间交换耦合和薄CoFeB电极中的垂直界面各向异性，我们证明了纳米尺度的器件可以在不施加外部磁场的情况下产生高频信号。在1.5 GHz时，振荡幅度超过10 nV/Hz ^[0.5]。
2011-10-03 cond-mat.mtrl-sci
From Spin Torque Nano-Oscillators to Memristors: Multi-Functional Nanodevices for Advanced Computing
这篇写于2013年的论文回顾了我在自旋力矩纳米振荡器（从零场振荡到同步和涡旋振荡器）和忆阻器件（自旋力矩和铁电忆阻器）方面的研究工作。
2014-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Internal effective field sources for spin torque nano pillar oscillators
在本文中，我们数值进行微磁建模与扩展的微磁模型，包括自旋扭矩项和阻抗模型，以调查的方法，以取代外部场源与内部的，并调查其tunneling纳米柱的几何形状。我们提出了三种方法的结果：层间耦合，大垂直各向异性和静磁耦合。内部场源的频率偏移与电流的函数，其依赖于温度进行评估，并对分析预测进行测试。
2008-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Auto-oscillation threshold and line narrowing in MgO-based spin-torque oscillators
本文对低偏压下MgO隧道结中电流驱动磁化振荡的功率谱进行了实验研究。我们发现窄谱线的存在，在10.7 GHz的频率下，在8 MHz的宽度，为小的应用领域的自振荡阈值的明确证据。微磁学模拟表明，激发模式对应于合成反铁磁体的边缘模式。
2009-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Theory of the power spectrum of spin-torque nanocontact vortex oscillators
磁性纳米接触中的自旋转移力矩可以导致涉及大振幅回旋涡旋运动的自持磁化振荡。这种动力学包括围绕纳米接触的稳态轨道，这是可能的，因为固有的磁阻尼由自旋扭矩补偿。在这篇文章中，我们提出了一个分析理论，这些振荡的功率谱的基础上的刚性涡模型。在nanocontacts的涡旋振荡的外观是不相关的霍普夫分岔：没有临界电流和在有限电流的稳态振荡的唯一先决条件是在系统中的涡旋的存在，与传统的自旋扭矩振荡器，涉及大角度磁化进动。振荡频率与外加电流成线性关系，与轨道半径成反比。通过求解涡旋动力学的朗之万问题，得到了功率谱的线形和线宽。在典型的实验条件下，一个洛伦兹线型与电流无关的线宽进行了预测。良好的定量之间的理论和最近的实验。
2010-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Auto-oscillation threshold, narrow spectral lines, and line jitter in spin-torque oscillators based on MgO magnetic tunnel junctions
我们证明了在MgO基磁性隧道结中自旋力矩引起的自振荡。在产生阈值，我们观察到一个强大的线缩小到6 MHz，在300 K和振荡器功率的显着增加，产生光谱纯振荡闪烁噪声。将合成反铁磁体设置为自振荡需要与切换自由层磁化所需的电流极性相同的电流极性。即使在零外加磁场下也能观察到诱导的自振荡，这被认为是合成反铁磁体的声学模式。虽然自振荡的相位相干性是微秒的量级，但是功率自相关时间是毫秒的量级，并且可以受到自由层动态的强烈影响。
2008-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Non-linear dynamics near exceptional points of synthetic antiferromagnetic spin-torque oscillators
我们考虑一个人工合成的具有各向异性层间交换耦合的反铁磁自旋力矩振子。该系统在其线性化动力学中表现出异常点。我们发现的非线性动力学和动力学相图的系统分析和数值。此外，我们表明，在一个例外点附近，振荡器的功率非常敏感地依赖于注入的自旋电流。我们的研究结果可能是有用的设计敏感的磁强计和其他应用的自旋扭矩振荡器。
2023-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single spin-torque vortex oscillator using combined bottom-up approach and e-beam lithography
采用自下而上的电沉积纳米线组装技术和电子束光刻技术，研究了Co/Cu/Co赝自旋阀纳米线的自旋转移矩和微波辐射。甚至在零磁场下也能获得微波信号。有趣的是，高频与磁场的可调性被证明，在0.4 - 2 MHz/Oe的范围内，取决于所施加的磁场相对于伪自旋阀的磁性层的取向。作为外部磁场的函数的频率值和发射信号频率与分析涡旋模型以及微磁模拟具有良好的定量一致性。
2013-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Zero Field precession and hysteretic threshold currents in spin torque oscillators with tilted polarizer
利用非线性系统理论和数值模拟绘制了倾斜极化器自旋力矩振荡器（TP-STO）在零场作用下的静态和动态相图，发现在足够大的电流下，即使很小的倾斜角（β> 1 °）也会导致自由层在零场中的稳定进动。在一个相当大的倾斜角范围内，1度<β <19度，我们发现共存的静态和滞后切换之间的这些只使用电流。在更窄的窗口（1度<β <5度）中，其中一个静态状态变成极限环（进动）。在零磁场中静态和动态的共存是倾斜极化器所特有的，并且导致TP-STO操作的上阈值电流和下阈值电流的大滞后。
2008-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Oscillatory spin-orbit torque switching induced by field-like torques
利用自旋-轨道力矩（SOT）的确定性磁化开关是近年来发展起来的一种有效的电控制永磁体磁状态的方法。SOT开关仍然缺乏随时间的振荡开关特性，因此，它限于双极操作，其中所施加的电流或场的极性的变化是双极开关所必需的。基于相干旋转的振荡开关方案不能应用于SOT，因为SOT开关通过磁畴的扩展发生。在这里，我们通过控制畴壁动力学实验实现了非相干SOT过程中的振荡开关。我们发现一个大的类场分量可以动态地影响决定SOT开关方向的畴壁手征。因此，在纳秒电流脉冲下，磁化在两个稳定状态之间交替切换。通过利用这种振荡开关行为，我们证明了单极确定性SOT开关方案，通过控制电流脉冲的持续时间。
2017-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Amplitude-Phase Coupling in a Spin-Torque Nano-Oscillator
利用加性白噪声的Hopf分岔规范形描述了热涨落作用下的自旋矩纳米振荡器。应用约化方法，从具有非线性Gilbert阻尼的Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程出发，计算了对自旋力矩纳米振荡器功率谱有重要影响的幅相耦合因子.在实际外场条件下，振幅相位耦合因子随面内各向异性的变化很大。
2008-11-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Micromagnetics of single and double point contact spin torque oscillators
在本文中，我们数值进行微磁建模，以优化适用于单点和双点接触自旋扭矩纳米振荡器的磁性薄膜元件的计算边界。不同的边界条件已被引入到补偿自旋波反射的边界上的扩展层，吸收边界，和焦点的方法的基础上，并与基于散射理论的技术进行了比较。提出了一种表面粗糙度边界模型，该模型根据瑞利准则建模，以最小化计算边界处的镜面反射。结果表明，表面粗糙度模型分散了反射自旋波，提高了信噪比。该模型进行了测试，如扩展层系统，可变阻尼常数和双点接触的焦点方法相比，传统的方法。的表面粗糙度模型给出的解决方案，是稳定的时间，在定性与实验一致，并能够重现现象，如在双点接触的相位锁定。
2008-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Synchronization of spin torque oscillators through spin Hall magnetoresistance
自旋力矩振荡器放置在一个重金属上，由于自旋霍尔磁阻效应的耦合，显示出同步的自振荡。在这里，我们研究了一个系统有两个自旋力矩振荡器的自旋霍尔转矩的影响下，并表明，切换外部电流的方向，使我们能够控制相位差的同步同相和反相之间。
2017-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nlin.AO
Measurement of nonlinear frequency shift coefficient in spin-torque oscillators based on MgO tunnel junctions
通过分析功率谱的电流依赖性，测量了MgO基自旋力矩振荡器的非线性频移系数，该频移系数代表了振荡器的振幅涨落到相位涨落的转换强度.我们已经观察到，线宽对反归一化功率图显示线性行为低于和高于振荡阈值的自旋力矩振荡器的分析理论所预测的。系数的大小由线性斜率的比率确定。小幅度的系数已获得的器件表现出窄线宽在高偏置电流。
2009-06-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Non-linear frequency and amplitude modulation of a nano-contact spin torque oscillator
我们研究了纳米接触自旋力矩振荡器的电流控制调制。研究了频率非线性的三种主要不同情况（$d^{2}f/dI^{2}_{dc}$为零、正和负）。标准的非线性调频理论能够准确地描述调制过程中的频移。然而，调制边带的功率仅与基于组合非线性频率和幅度调制的最近理论的计算一致。
2010-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin torque ferromagnetic resonance with magnetic field modulation
我们提出了一种利用磁场调制的宽带自旋矩铁磁共振（ST-FMR）技术来测量磁性纳米结构中的自旋波性质。这种技术提供了很大的改进，在传统的ST-FMR测量的灵敏度，和应用这种技术的纳米磁性隧道结（MTJ）揭示了一个丰富的频谱的自旋驻波本征模。ST-FMR测量与自旋波谱的微磁模拟的比较，使我们能够解释在纳米MTJ的低频磁激发的字符。
2013-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing large arrays of interacting spin-torque nano-oscillators for microwave information processing
自旋力矩纳米振荡器阵列在宽带微波信号检测和处理以及神经形态计算方面具有广阔的应用前景。在许多这些应用中，振荡器应设计成具有相等间隔的频率和对微波输入的相等灵敏度。在这里，我们设计自旋扭矩纳米振荡器阵列与这些规则，并估计其最佳尺寸为给定的灵敏度，以及频率范围，他们覆盖。为此目的，我们探索分析和数值条件，以获得涡旋自旋扭矩纳米振荡器与等距gyrotropic振荡频率，并具有所有类似的同步带宽输入微波信号。我们表明，阵列的数百个振荡器，覆盖范围为几百MHz的可以建立考虑到纳米的限制。
2019-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Direct experimental measurement of phase-amplitude coupling in spin torque oscillators
我们在时域中研究了MgO磁性隧道结的自旋力矩诱导振荡。通过使用希尔伯特变换的时间轨迹，我们获得了第一次的功率和相位波动之间的耦合的直接实验测量。我们推导出的功率恢复率，我们得到的耦合强度，这是一致的弱频率依赖于所施加的电压低的值。
2010-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate voltage modulation of spin-Hall-torque-driven magnetic switching
在未来的磁存储器和非易失性自旋逻辑器件中实现磁化的有效控制的两个有前途的策略是来自自旋极化电流的自旋转移力矩和电压控制的磁各向异性（VCMA）。自旋转移矩作为下一代磁存储器的写入机制正在广泛发展，而VCMA由于更小的欧姆损耗而提供了甚至更好的能量性能的潜力。在这里，我们介绍了一个3端磁性隧道结（MTJ）器件，结合了这两种机制，以实现新的功能：栅极电压调制的自旋扭矩开关。这种选通使得更节能的开关以及用于存储器和逻辑应用的改进的架构成为可能，包括用于制造具有最大密度交叉点几何结构的磁性存储器的简单方法，该方法不需要用于每个MTJ的控制晶体管。
2012-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Frequency shift keying in vortex-based spin torque oscillators
基于涡旋的自旋扭矩振荡器可以由连接到电纳米接触的扩展自旋阀制成。我们研究了在这些振荡器中实现频移键控调制。在10 MHz范围内对电流进行平方调制时，涡旋频率遵循电流指令，在光谱测量中容易识别两个交换频率。输出功率的频率分布可以通过直流电流涡旋波形的卷积变换和电流调制来解释。建模表明，频率转换是相位相干的，持续时间小于25 ns。除了多倍频程可调谐性和一流的灵活性外，频移键控调制能力是在RF电路中实现基于涡旋的振荡器的另一个里程碑。
2011-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Decoherence and mode-hopping in a magnetic tunnel junction-based spin-torque oscillator
讨论了基于磁隧道结的自旋力矩振荡器中磁振荡的相干性随外场角的变化。时频分析表明，不同的振荡器模式之间的模式跳变，这是由线性和非线性耦合的Landau-Lifshitz-Gilbert方程，类似于在半导体环形激光器中观察到的模式跳变。这些耦合和因此跳模在用于自由层与参考层磁化的反平行（AP）对准的电流阈值附近被最小化。远离AP对准，模式跳变限制振荡器相干性。
2012-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin orbit torque nano-oscillators by dipole field-localized spin wave modes
我们展示了一个高质量的自旋轨道扭矩纳米振荡器由自旋波模式由附近的微磁体的强非均匀偶极场的磁场限制。这种方法使可变的空间限制和系统调谐的磁振子谱和光谱分离的研究多模相互作用的影响，自振荡。我们发现这些偶极场局域自旋波模式表现出良好的自振特性-窄线宽和大振幅-同时持续到室温。我们发现最低局域模的线宽近似与温度成正比，与热涨落影响的理论分析吻合得很好。这种具有可调特性的干净振荡器的演示为理解基本限制和线宽贡献提供了一个强大的工具，以改善未来的自旋霍尔振荡器。
2021-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low offset frequency $1/f$ flicker noise in spin torque vortex oscillators
在自旋力矩纳米振荡器中，靠近载流子的低频噪声仍然很少被研究。然而，这是至关重要的调查，因为它限制了振荡器的频率稳定性。本文研究了基于TMR的自旋力矩涡旋振荡器在大振幅稳态振荡下的低偏频闪烁噪声。我们首先唯象地扩展了非线性自振子理论，旨在揭示这种噪声的性质。然后，我们提出了一个彻底的振荡器的$1/f$闪烁噪声的实验研究，并讨论了理论预测的基础上的结果。据此，我们将振荡器的非线性动力学与闪烁噪声的概念连接起来，并进一步参考基于Hooge公式的标准$1/f$噪声描述的影响，考虑到非恒定的磁振荡体积，这有助于磁阻。
2019-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Emission of coherent propagating magnons by insulator-based spin-orbit torque oscillators
我们通过实验证明了直流电流诱导的自旋轨道扭矩在超薄磁绝缘膜中产生相干传播磁振子。我们表明，这一具有挑战性的任务，可以通过利用磁绝缘体膜具有大的垂直磁各向异性。我们展示了简单而灵活的自旋-轨道力矩器件，它可以用作基于绝缘体的自旋电子应用的相干传播磁振子的高效纳米级源。
2018-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Zero-field dynamics stabilized by in-plane shape anisotropy in MgO-based spin-torque oscillators
在这里，我们证明了在MgO基的自旋扭矩纳米振荡器组成的面外磁化自由层和面内偏振器的形状各向异性是必要的，以稳定面外磁化旋进，而不需要外部磁场。随着面内各向异性的增加，引入了磁化强度朝向面内易磁化方向的逐渐倾斜，从而有利于零场动力学而不是静态面内状态。在临界值以上，不再观察到零场动力学。最佳比例的面内形状的面外单轴各向异性，大角度的面外零场动力学发生在最宽的电流范围内，报告。
2018-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time domain study of frequency-power correlation in spin-torque oscillators
本文描述了一个数值实验，基于全微磁学模拟的电流驱动的磁化动力学在纳米级自旋阀，以确定在自旋力矩振荡器的光谱线宽展宽的起源。我们的数值计算结果表明，在零温度下的磁化动力学的两个定性不同的制度：定期（单模进动动力学）和混乱。在常规制度中，振荡器的集成功率对频率的依赖性是线性的，因此，动态是很好地描述了由电流驱动的磁化动力学的分析理论，为中等振幅的振荡。我们观察到，对于更高的振荡器振幅，振荡器的集成功率作为频率的函数的函数依赖性不是一个单值函数，可以通过引入非线性振荡器功率的数值描述。对于一系列的电流在正规制度，振荡器的光谱线宽是温度的线性函数。在大电流值下发现的混沌状态中，线宽不被解析理论描述。在这个制度中，我们观察到的振荡器线宽加宽，这源于随机畴壁成核和传播通过样品所产生的振荡器的频率的突然跳跃。这种间歇性的行为，揭示了通过小波分析，给出了优越的描述的频率跳变相比，其他几种技术。
2010-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-white frequency noise in spin torque oscillators and its effect on spectral linewidth
我们测量的功率谱密度的频率波动在nanocontact自旋扭矩振荡器的时间尺度高达50 ms。我们使用混频器转换范围从10 GHz到40 GHz的振荡器信号到70 MHz附近的频带，然后数字化的时域波形。我们分析的波形使用过零时间戳和滑动傅立叶变换，讨论这两种方法的不同的局限性和优点，并将它们结合起来，以获得一个频率噪声频谱跨越五十多年的傅立叶频率$f$。对于具有由单个Ni $_{\text{}80}$ Fe $_{\text{}20}$层或Co/Ni多层组成的自由层的器件，我们发现频率噪声谱在大$f$处为白色，并且在小$f$处随\emph{$1/f$}变化。交叉频率范围从$\approx\unit[10^{4}]{Hz}$到$\approx\unit[10^{6}]{Hz}$，并且多层器件中的$1/f$分量更强。通过实际的和模拟的频谱分析仪测量，我们表明，$1/f$频率噪声的振荡器的谱线的测量时间增加的原因都扩大和形状的变化。我们的研究结果表明，长期稳定的自旋力矩振荡器不能准确地预测模型的基础上的热（白）噪声源。
2010-05-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Mutual synchronization in spin torque and spin Hall nano-oscillators
本综述梳理了互同步STNO与SHNO阵列的研究进展，介绍了相关物理机制、耦合理论、实验成果及扩容方法，并展望了其在微波器件、神经形态计算等领域的应用前景与配套电路设计。
2024-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Agility of vortex-based nanocontact spin torque oscillators
我们研究了基于磁涡旋的电流可调振荡器的灵活性。理论预测，电流调谐频率发生在恒定的轨道半径，所以一个特殊的敏捷性是可以预期的。为了测试这一点，我们在微波干涉仪中插入了一个振荡器，以在时间分辨其发射的同时施加突然的电流变化。使用频移键控，我们表明，振荡器可以在两个稳定的频率之间切换不同的25%，在不到十个周期。这种振荡器具有宽的频率可调谐性和良好的灵活性，对于基于调制的射频应用具有理想的品质因数。
2009-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strong linewidth variation for spin-torque nano-oscillators as a function of in-plane magnetic field angle
我们测量的微波信号所产生的自旋扭矩驱动的磁化动力学在图案化的磁性多层器件在室温下，作为一个函数的角度的磁场施加在样品平面。我们发现强烈的变化，信号的频率线宽，减少了超过20倍的磁场从磁易磁化轴旋转到面内难磁化轴。基于微磁模拟，我们确定这些变化是由于从空间非相干到相干旋进的转变造成的。
2008-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Intrinsic synchronization of an array of spin-torque oscillators driven by the spin-Hall effect
本文用微磁学方法研究了铂/坡莫合金双层膜中自旋霍尔效应驱动的磁化动力学。在一定的磁场和电流范围内，观察到均匀模式的激发，其特征在于在整个铁磁截面中具有空间分布的功率。我们建议使用双层的铁磁体作为实现自旋力矩振荡器（STO）阵列的基础：坡莫合金铁磁体将作为共享的自由层，而间隔器和偏振器构建在其上。遵循这种策略，整个器件的均匀模式的频率将是相同的，从而产生内在同步。并联连接的STO阵列的同步将允许增加输出功率，如技术应用所需。
2014-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Associative Memories Using Complex-Valued Hopfield Networks Based on Spin-Torque Oscillator Arrays
National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）
基于自旋力矩振荡器的复值Hopfield网络的仿真可以恢复相位编码图像。忆阻器增强的反相器的序列提供可调谐延迟元件，其通过对振荡器的振荡输出进行相移来实现复权重。伪逆训练足以在一组192个振荡器中存储至少12个图像，表示16个$\times$ 12像素图像。恢复图像所需的能量取决于所需的误差水平。对于这里考虑的振荡器和电路，与理想图像的5%均方根偏差需要大约5 $μ$ s，消耗大约130 nJ。仿真表明，当振荡器的谐振频率可以被调谐为具有小于$10^{-3}$的分数扩展时，网络运行良好，这取决于反馈的强度。
2022-06-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cs.ET
Spin wave excitations in a nanowire spin-torque oscillator with perpendicular magnetic anisotropy
自旋力矩振荡器（STO）是一种新兴的微波器件，在自旋逻辑器件和下一代高速计算体系结构中具有潜在的应用前景。由于STO的非线性特性，STO很容易通过磁场和直流电流进行调谐。自旋霍尔纳米振荡器（SHNO）是一种很有前途的STO类型，目前的研究大多集中在容易激发的局域模上。在这里，我们研究使用微磁学模拟，自旋扭矩引起的激发在纳米线器件的垂直磁各向异性（PMA）材料的性质。我们的结果表明，在包括PMA的本地化和传播的自旋波模式的激发是可行的。我们研究了模式激发的性质作为PMA强度（\text{K} $_u$）和电流的函数。实际上，我们估计了\text{K} $_u$的临界值，以允许传播自旋波的激发。我们属性本地化和传播模式之间的模式选择性的开关在非零\text{K} $_u$，这是由分析计算支持的系统的非线性从负到正的符号。我们的研究结果提供了深入的了解工程可重构微波器件的未来magnonic和计算应用。
2022-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable mode coupling in nano-contact spin torque oscillators
最近的自旋力矩振荡器的实验已经揭示了多个磁动力学模式之间的相互作用，包括模式共存，模式跳跃，和温度驱动的模式之间的交叉。初始多模理论已经表明，由子动力系统与磁振子浴的相互作用产生的几个主导模式之间的线性耦合在各种多模行为的产生中起着至关重要的作用，例如模式跳跃和模式共存。在这项工作中，我们推导出一组速率方程来描述纳米接触自旋扭矩振荡器中耦合的磁动力学模式的动力学。得到了线性和非线性耦合项的表达式，从而分析了模式耦合动力学行为对外部实验条件和内禀磁性的依赖关系。对于最小双模系统，我们进一步将两个模的能量和相位差映射到二维相空间，并在相图中展示了周期轨道和不动点的流形如何随外部磁场以及温度的变化。
2017-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spatial Mapping of Torques within a Spin Hall Nano-oscillator
利用时间分辨扫描克尔显微镜（TRSKM）研究了Al $_2$ O $_3$ /Py（5 nm）/Pt（6 nm）/Au（150 nm）自旋霍尔纳米振荡器结构中射频（RF）电流诱导的旋进磁化动力学。Au层形成为两个针状电触点，其将电流集中在直径为4 $μ$ m的Py/Pt台面的中心。由于自旋霍尔效应，Pt层内的电流驱动自旋电流进入Py层，施加自旋转移力矩（STT）。通过注入射频电流，利用TRSKM的相位敏感性和器件结构的对称性，STT和奥斯特场转矩已被分离和空间映射。观察到由于面内奥斯特场的STT和扭矩在器件中心处呈现最小值，这归因于DC电流未观察到的RF电流的扩散。与RF电流相关联的扭矩可以使由DC电流激励的自定位子弹模式的位置不稳定，并且抑制注入锁定。目前的研究表明，需要仔细研究直流和射频电流分布。
2019-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Beyond the gyrotropic motion: dynamic C-state in vortex spin torque oscillators
在本研究中，我们研究了纳米柱自旋力矩纳米振荡器中磁涡旋核的旋向（G）运动之外的动力学模式。其特征在于与C形磁化分布相关联的面内圆形进动。我们发现，在电流可控范围内，G和C态模式之间的过渡是完全随机的。支持我们的实验结果与微磁模拟，我们认为，结果提供了新的机会，STO的动态和随机控制，这可能是有趣的，例如在神经形态网络中实施。
2020-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Micromagnetic study of a spin-torque oscillator based on a magnetic nano-contact magnetized at an arbitrary angle
通过微磁学模拟，研究了外加偏置磁场从面内取向旋转到面间取向时，自旋极化直流电在基于磁性纳米接触的自旋力矩自动振荡器中激发的自旋波模的性质.在定性协议与弱非线性分析理论，它被发现，在一定的临界角，突然切换从自局域非线性“子弹”模式的传播准线性Slonczewski模式发生，并伴随着向上跳跃产生的微波频率。有人，还发现，分析理论高估了临界磁化角的大小，对应于模式切换，并且模式切换所引起的频率跳变的大小与纳米接触半径成反比。
2008-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Flicker and random telegraph noise between gyrotropic and dynamic C-state of a vortex based spin torque nano oscillator
基于涡旋的自旋力矩纳米振荡器（STVO）可以呈现比涡旋核的自旋力矩诱导的回旋（G）运动更复杂的动力学。相应的动态模式和它们之间的过渡可以控制的实验参数，如所施加的直流电流。一个有趣的行为是从G-动态C-状态发生大电流密度的随机过渡。此外，C态振荡表现出恒定的主动磁体积。我们目前的噪声测量在不同的动态状态，允许访问特定的属性的随机过渡，如特征状态转换频率。此外，我们确认，如理论上预测的那样，当振荡量随电流保持恒定时，闪烁噪声与$I_{dc}^2$增加。这些结果带来洞察到潜在的优化噪声特性寻求许多潜在的射频应用与自旋力矩振荡器。此外，调查的随机特性开辟了新的潜力，例如在新兴领域的神经形态计算计划。
2021-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Enhanced spin-orbit torque via modulation of spin current absorption
相邻重金属（HM）对铁磁体（FM）施加的自旋轨道力矩（SOT）的大小强烈依赖于FM中吸收的自旋电流的量。我们利用在Ru界面处的大的自旋吸收来操纵HM/FM/Ru多层膜中的SOT。虽然FM厚度小于其1.2 nm的自旋退相长度，但顶部Ru层大大增强了FM层对自旋电流的吸收，并显著增强了作用于FM的SOT的强度。由铁磁共振引起的自旋抽运实验支持我们的结论，即所观察到的SOT效率的增加可以归因于自旋电流吸收的增强。一个理论模型，同时考虑反射和透射混频电导在两个界面的FM开发来解释的结果。
2016-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of magnetization dynamics generated by nano-contact spin-torque vortex oscillators
时间分辨扫描克尔显微镜已被用来直接成像纳米接触（NC）自旋扭矩涡旋振荡器（STVO）时，相位锁定到注入的微波（RF）电流的磁化动力学。克尔图像揭示了延伸到NC足迹之外的自由层磁化动态，在那里它们不能被电检测到，但这对共享公共磁性层的锁相STVO至关重要。对于一个单一的NC，动态观察时，不仅STVO频率完全锁定的RF电流，但也为部分锁定状态，其特征在于在RF频率的核心轨迹的周期性变化。对于一对NC，图像揭示了动态的空间特征，电测量显示具有增强的振幅和减小的线宽。从这些图像中获得的洞察力可以提高对多个STVO相互锁相所需条件的理解，从而增强微波功率发射。
2016-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Super-harmonic injection locking of nano-contact spin-torque vortex oscillators
研究了微波小电流作用下单纳米接触（NC）自旋力矩涡旋振荡器（STVO）的超谐波注入锁定。在微波磁电子测量中，在STVO基频$f_{0}$的四次谐波处观察到频率锁定。STVO相对于$f_{0}$的大的频率可调谐性允许装置通过调谐DC电流被锁定到微波频率$f_{RF}$的多个次谐波，或者锁定到在宽范围的$f_{RF}$上的相同次谐波。在一般情况下，锁定范围，线宽和振幅的分析表明，锁定效率随着谐波数的增加而降低，如预期的非线性振荡器的谐波同步。时间分辨扫描克尔显微镜（TRSKM）显示锁定到基频和谐波频率的状态的磁化动力学的空间特征的显着差异，这表明在同一设备内的核心轨迹的显着差异。NC-STVO的超谐波注入锁定可以为诸如纳米级分频器之类的设备开辟可能性，而芯轨迹的差异可以通过调谐共享磁层内的动态的空间特性来允许在多振荡器网络中实现相互同步。
2016-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical model for torque differential magnetometry of single domain magnets
我们提出了一个通用的理论模型，扭矩微分磁强计（TDM）-一种实验方法，用于确定磁性样品的磁特性，通过记录的机械振荡器的谐振频率，磁性样品已安装在其上，作为所施加的磁场的函数。有效刚度的变化，因此，谐振频率的偏移，由于对试样的磁转矩的振荡器计算，作为一个单一的磁畴治疗的磁性试样。我们的模型可以处理一个任意的磁自由能量密度表征的标本，以及任何相对取向的施加磁场，标本和振荡器。我们的计算与已发表的实验数据吻合得很好。这里提出的理论模型允许充分利用TDM作为一种有效的磁力测量方法。
2014-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of Nonlinear Damping due to Mode Coupling in Auto-Oscillatory Modes Strongly Driven by Spin-Orbit Torque
我们调查的非线性阻尼的物理起源，由于模式之间的耦合驱动的自旋-轨道扭矩压缩Py/Pt异质结构的自振荡模式，通过检查依赖于温度和外加磁场方向的自振荡。我们观察到的过渡的非线性阻尼的自振荡模式提取的总振荡功率作为驱动电流的函数，这正好与发病的几种模式之间的功率重新分配和交叉从线宽变窄线宽加宽在所有个别模式。这表明激活的另一个弛豫过程中的非线性磁振子-磁振子散射的模式。我们还发现，非线性阻尼和阈值电流的模式相互作用阻尼制度在高驱动电流后过渡是温度无关的，这表明模式耦合主要是通过一个非热磁振子散射过程通过偶极或交换相互作用，而不是热激发磁振子介导的散射。这一发现提出了一个有前途的途径，以克服目前的限制，有效地控制两个高度非线性磁振荡器之间的相互作用，以防止模式串扰或模式间的能量转移，并加深了解复杂的非线性自旋动力学在多模自旋波系统。
2022-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bifurcation analysis of strongly nonlinear injection locked spin torque oscillators
研究了注入锁定面内均匀自旋力矩振子在大驱动振幅下的动力学行为。对于分析，自旋波振幅方程被用来减少动力学的一般振子方程中的强迫是一个复杂的值函数$F(p,ψ)\proptoε_1 (p)cos(ψ)+iε_2 (p)sin(ψ)$。假设振子是强非等距的和/或受幂强迫$(|νε_1/ε_2 |\gg 1)$的强迫，我们证明了参数$ε_{1,2} (p)$支配Arnold舌图的主要分叉特征：（i）锁定范围不对称性主要由$dε_1 (p)/dp$控制，（ii）对于取决于$ε_{1,2} (p)$的功率阈值，发生Taken-Bogdanov分叉，以及（iii）频率滞后范围通过零失配频率处的谐振频率与瞬态状态相关。然后，将该模型与大自旋模拟的驱动幅度一样大的磁场和$10^{10}-10^{12} A/m^2$的电流密度的$10^0-10^3 A/m$。正如模型所预测的那样，强迫配置（驱动信号的性质、施加的方向、谐波阶数）基本上影响振荡器动态。然而，观察到一些差异。特别地，如果滞后边界具有相同的数量级，则频率和功率锁定范围边界的预测可能被错误估计。此外，根据分支是鞍结还是Taken Bogdanov，误判可以分为两种不同的类型。这些效应是非等熵自振子动力学复杂性的进一步表现。
2022-04-09 cond-mat.mtrl-sci nlin.CD
Electrically tunable, rapid spin-orbit torque induced modulation of colossal magnetoresistance in Mn$_3$Si$_2$Te$_6$ nanoflakes
本研究发现Mn₃Si₂Te₆纳米片具备响应快、电流密度低、电可调的磁电阻特性，揭示其物理机制，为自旋电子学应用及相关物理研究提供了新平台。
2024-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
