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
Spin-torque driven ferromagnetic resonance of Co/Ni synthetic layers in spin valves
自旋力矩驱动铁磁共振（ST-FMR）被用来研究薄Co/Ni合成层的垂直各向异性限制在自旋阀为基础的纳米结。场扫描ST-FMR测量在垂直于层表面施加磁场的情况下进行。在低振幅射频激发下，从1到20 GHz的谐振线进行测量。这些结果进行了比较与使用传统的射频场驱动的FMR扩展膜具有相同的Co/Ni层结构。限制在自旋阀中的层具有较低的共振场，较窄的共振线宽和近似相同的线宽与频率的斜率，意味着相同的阻尼参数。磁激励的临界电流是由共振线宽与直流电流的测量确定的，并且与由I-V测量确定的临界电流一致。
2008-01-07 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
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
We demonstrate a high-quality spin orbit torque nano-oscillator comprised of spin wave modes confined by the magnetic field by the strongly inhomogeneous dipole field of a nearby micromagnet. This approach enables variable spatial confinement and systematic tuning of magnon spectrum and spectral separations for studying the impact of multi-mode interactions on auto-oscillations. We find these dipole field-localized spin wave modes exhibit good characteristic properties as auto-oscillators--narrow linewidth and large amplitude--while persisting up to room temperature. We find that the linewidth…
2021-12-06 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
We use micro-focus Brillouin light scattering spectroscopy to study the effects of spin-orbit torque on thermal spin waves in almost angular-momentum compensated ferrimagnetic CoGd alloy films. The spin-orbit torque is produced by the electric current flowing in the Pt layer adjacent to CoGd. Both the ferromagnetic and the exchange modes are detected in our measurements. The intensity and the linewidth of the ferromagnetic mode are modified by the spin-orbit torque. In contrast, the properties of the exchange mode are unaffected by the spin-orbit torque. We also find that the frequencies and t…
2020-10-13 cond-mat.mes-hall 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
Anti-damping spin transfer torque through epitaxial Nickel oxide
制备了高质量的MgO（001）[100]/Pt（001）[100]/NiO（001）[100]/FeNi/SiO2外延薄膜，研究了NiO反铁磁绝缘层中的自旋输运。通过自旋霍尔效应从Pt注入自旋电流下的FeNi的铁磁共振测量揭示了铁磁共振线宽的变化取决于自旋电流注入的量。结果可以解释为存在通过NiO的角动量转移。我们在外延NiO中观察到的高效角动量转移可以归因于注入自旋电流的反铁磁磁矩和自旋量子化轴的明确取向。
2015-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of two coupled vortices in a spin valve nanopillar excited by spin transfer torque
我们研究了由自旋转移驱动的两个耦合涡旋的动力学。我们能够独立地控制与电流和垂直场，并检测，各自的手征性和极性的两个漩涡。对于高于$J=5.7*10^7 A/cm^2$的电流密度，可以观察到高度相干的信号（线宽低至46 kHz），其强烈依赖于涡旋的相对极性。它展示了使用耦合动力学的兴趣，以增加微波信号的相干性。辐射频率随垂直场呈线性变化，即使在零磁场下也保持相干性。
2010-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Dzyaloshinskii-Moriya torque-driven resonance in antiferromagnetic α-Fe2O3
本文通过太赫兹干涉仪研究α-Fe2O3在Morin温度附近的光学模式，发现Dzyaloshinskii-Moriya相互作用产生新型力矩并导致不对称吸收，据此提取出4 T的DM相互作用场，为高频自旋信息技术提供了表征反铁磁奇点共振行为的新方法。
2023-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit-torque and magnetic damping in tailored ferromagnetic bilayers
我们研究了由Co和坡莫合金（Py）组成的铁磁（FM）双层膜中的自旋-轨道-力矩驱动的铁磁共振（FMR）。我们发现，FM层接触的Pt层占主导地位，决定自旋霍尔角，这是符合自旋透明模型。相比之下，FMR线宽不仅受到Pt上的自旋泵浦效应的影响，|在FMMgO界面处的双磁振子散射等自旋弛豫也导致了FMR线宽的增加，CoMgO界面导致了FMR线宽的显著增加，而Py界面导致了FMR线宽的显著增加。|MgO界面的影响较小。每个界面对自旋霍尔角和耗散参数的不同贡献表明Pt |Co| Py的堆叠构型|MgO需要比Pt |Py| Co更少的写入能量|MgO在自旋-轨道-力矩驱动的磁开关中的应用。我们的方法提供了一个很有前途的方法来优化材料参数的工程界面与重金属或氧化物层接触。
2018-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Temperature dependence of microwave voltage emission associated to spin-transfer induced vortex oscillation in magnetic tunnel junction
研究了磁隧道结中自旋转移矩（STVO）引起的涡旋纳米振荡器的温度特性。我们获得了具有大输出功率和良好的信号相干性的发射信号。由于减少非线性相比，均匀磁化的情况下，我们首先观察到的线性减小的线宽随着温度的降低。然而，这种预期的行为不再适用于较低的温度和线宽的下限进行测量。
2011-12-12 cond-mat.mtrl-sci
We investigate the physical origin of nonlinear damping due to mode coupling between several auto-oscillatory modes driven by spin-orbit torque in constricted Py/Pt heterostructures by examining the dependence of auto-oscillation on temperature and applied field orientation. We observe a transition in the nonlinear damping of the auto-oscillation modes extracted from the total oscillation power as a function of drive current, which coincides with the onset of power redistribution amongst several modes and the crossover from linewidth narrowing to linewidth broadening in all individual modes. T…
2022-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantification of the spin-Hall anti-damping torque with a resonance spectrometer
我们提出了一种简单的技术，使用基于腔的共振光谱仪量化的反阻尼扭矩由于自旋霍尔效应。在亚毫米宽的双层条带中，观察到铁磁共振的修改作为小直流电流的函数，由软磁FeGaB和强自旋霍尔金属Ta组成。从检测到的电流引起的线宽的变化，我们得到一个有效的自旋霍尔角为0.08-0.09独立的磁性层厚度。我们的研究结果表明，一个灵敏的共振光谱仪可以是一个通用的工具，调查自旋霍尔效应在各种材料系统，即使是那些几乎没有低电导率和磁阻。
2014-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of the Electron Spin Resonance of Single-Walled Carbon Nanotubes by Oxygen Removal
我们已经观察到了近四倍的增加，电子自旋共振（ESR）信号从合奏单壁碳纳米管（SWCNT）由于氧解吸。通过在热退火之前和之后进行随温度变化的ESR谱，我们发现单壁碳纳米管中的ESR可以通过样品中的分子氧含量可逆地改变。从$\sim$ 4 K到300 K，观察到与吸附氧的存在无关的居里定律（自旋磁化率$\propto 1/T$），表明探测的自旋是有限能级的物种。对于退火前和退火后的样品条件，ESR线宽随着温度的增加而降低，我们确定为运动变窄的现象。从线宽的温度依赖性，我们提取的管间跳跃频率的估计，对于这两个样本条件下，我们发现这个跳跃频率是$\sim$ 100 GHz。由于自旋跳跃频率只有轻微的变化时，氧被解吸，我们得出结论，只有自旋磁化率，而不是自旋运输，是由物理吸附的分子氧的存在下，单壁碳纳米管合奏的影响。令人惊讶的是，当SWCNT样品中的氧的量改变时，没有观察到线宽变化，这与其他碳质系统和某些1D导电聚合物相反。我们假设，物理吸附的分子氧作为受体（$p$型），补偿供体样（$n$型）缺陷，负责在散装单壁碳纳米管的ESR信号。
2011-10-24 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
Optical and microstructural characterization of Er$^{3+}$ doped epitaxial cerium oxide on silicon
本研究利用MBE在硅上生长低浓度Er:CeO₂外延薄膜，系统表征其微结构、自旋与光学性质，并验证高温退火及掺杂浓度对谱线和寿命的影响。
2023-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Damping and Anti-Damping Phenomena in Metallic Antiferromagnets: An ab-initio Study
利用第一性原理研究了金属体系[MnX（X=Ir，Pt，Pd，Rh）和FeRh]在外电场作用下的反铁磁共振（AFMR）现象.我们表明，AFMR线宽可以分为相对论分量起源于共线AFM子系统和晶体之间的角动量转移通过自旋轨道耦合（SOC），和交换分量，起源于两个亚晶格之间的自旋交换。计算结果表明，后者的组成部分变得显着的低温制度。此外，我们目前的结果，电流引起的intersublattice扭矩可以分为类场（FL）和类阻尼（DL）的组件，影响intersublattice交换耦合和AFMR线宽，分别。
2018-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnonic band structure of a two-dimensional magnetic superlattice
利用Landau-Lifshitz-Gilbert方程，计算了二维周期磁性超晶格中自旋波的频率和线宽。从磁性材料之间的表面扭矩自由边界的交换场的形式推导出，和磁性材料的组合被确定在磁振子谱中产生的间隙在整个超晶格布里渊区的六边形和正方形对称超晶格。
2011-11-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Frequency domain studies of current-induced magnetization dynamics in single magnetic-layer nanopillars
自旋转移扭矩诱导的高频动力学的单个薄钴层纳米柱的圆形和椭圆形的形状已被直接观察到。两种类型的岁差模式可以被识别为垂直于层平面的磁场的函数，仅对负电流极性激发。他们被分配到涡核和横向自旋波激发，证实了最近的模型预测。在室温下观察到的4 MHz的窄线宽表明磁激发的高相干性。
2012-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin dynamics and frequency dependence of magnetic damping study in soft ferromagnetic FeTaC film with a stripe domain structure
在磁性隧道结器件中，利用自旋转移矩技术实现自由层磁化翻转的关键因素是磁各向异性和低磁阻尼。采用微带铁磁共振技术，在宽频带范围内研究了具有条畴结构的软磁FeTaC薄膜的磁化进动动力学。考虑薄膜总自由能量密度，利用Landau-Lifshitz-Gilbert方程数值分析了不同频率下谐振场和线宽的极角变化。数值估计的参数Landé $g$ -因子，PMA常数，和有效磁化被发现分别为2.1，2 $\times10^{5}$ erg/cm $^{3}$和7145 Oe。通过在总线宽分析中考虑本征和非本征效应，评估了吉尔伯特阻尼参数（$α$）的频率依赖性。发现$α$的值在10 GHz处为0.006，并且其随着岁差频率的减小而增大。
2015-05-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mechanisms limiting the coherence time of spontaneous magnetic oscillations driven by DC spin-polarized currents
直流自旋极化电流产生的自旋转移力矩可以在纳米磁性多层膜器件中产生高度相干的磁旋进。通过测量由此产生的电阻振荡的光谱的线宽，我们认为，相干时间可以限制在低温下的热偏转的平衡磁轨迹，并在高温下的热激活的动力学模式之间的过渡。令人惊讶的是，相干时间可以比简单的宏观自旋模拟预测的更长。
2006-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
