Large Non-Volatile Frequency Tuning of Spin Hall Nano-Oscillators using Circular Memristive Nano-Gates
针对自旋霍尔纳米振荡器阵列的单器件调谐难题,提出偏移式圆形忆阻纳米栅方案,实现超200MHz的无损伤大幅非易失性频率调谐,可用于大型振荡器网络的同步精准调控。
2024-01-18 physics.app-ph
Ultra-fast GHz-range swept-tuned spectrum analyzer with 20 ns temporal resolution based on a spin-torque nano-oscillator with a uniformly magnetized 'free' layer
利用自旋力矩纳米振荡器(STNOs)的超快频率调谐特性,实现了纳秒量级的超快宽带时间分辨谱分析,其频率分辨率仅受“带宽”定理的限制。演示是用STNO在9 GHz频率范围内产生,并由一个垂直的偏振器和一个垂直和均匀磁化的“自由”层。结果表明,这种基于均匀状态STNO的频谱分析仪可以有效地进行频谱分析的频率捷变信号的快速变化的频率成分。
2021-10-06 physics.app-ph
Field-free high-frequency exchange-spring spin-torque nano-oscillators
自旋矩纳米振荡器(STNO)是一种利用自旋矩产生磁动力学的纳米级微波自动振荡器,在微波、磁存储和神经形态计算中具有很大的应用前景。在这里,我们报告了交换弹簧STNO的第一个演示,具有交换弹簧([Co/Pd]-Co)参考层和垂直([Co/Ni])自由层。这种磁结构导致在零磁场下的高频(>10 GHz)微波发射和参考层中的交换弹簧动力学以及在不同电流极性下在自由层中观察到磁滴孤子。我们的演示工作在20 GHz频率范围内的双极和无场交换弹簧为基础的STNO大大扩展了设计的自由度和功能,目前的STNO技术的节能高频自旋电子和神经形态应用。
2022-09-15 physics.app-ph
Characterisation of a charged particle levitated nano-oscillator
我们描述了由保罗陷阱形成的纳米振荡器的构造和表征。在几天内测量了纳米振荡器的频率和温度稳定性,使我们能够确定陷阱和环境波动的主要来源。我们通过Allan偏差测量了2 ppm/hr的总体频率稳定性和超过5小时的温度稳定性。重要的是,我们发现纳米振荡器上的电荷在至少两周的时间尺度上是稳定的,并且振荡器的质量可以以3%的不确定性测量。这使我们能够区分单个纳米球的捕获和由两个纳米球的簇形成的纳米哑铃。
2019-06-23 physics.app-ph quant-ph
Artificial Neural Network (ANN) -- Oscillatory Neural Network (ONN) Hybrid System Using Domain-Wall Synapse Devices and Nano-Constriction Spin Hall Nano Oscillators
Indian Institute of Technology Bombay(印度理工学院孟买分校);Centre for Semiconductor Technologies (SemiX), Indian Institute of Technology Bombay(印度理工学院半导体技术中心 (SemiX))
本文提出了一种结合人工神经网络和振荡神经网络的混合系统,利用纳米收缩几何结构和磁域墙突触器件实现高效数据分类。
2026-02-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Microwave neural processing and broadcasting with spintronic nano-oscillators
我们能否构建能够训练具有数十亿参数的深度网络的小型神经形态芯片?这一挑战需要具有纳米尺寸的硬件神经元和突触,这些神经元和突触可以单独调整并密集连接。虽然近年来人们一直在积极研究纳米突触器件,但在纳米级人工神经元上的研究却少得多。在本文中,我们表明,自旋电子纳米振荡器有希望实现模拟硬件神经元,可以通过电磁信号密集互连。我们展示了自旋电子振荡器如何映射人工神经元的要求。然后,我们通过实验展示了四个耦合振荡器的合奏如何学习分类所有12个美国元音,实现纳米级神经元执行的最复杂的任务。
2019-04-25 cs.ET physics.app-ph
Ultra-fast spin Hall nano-oscillator based microwave spectral analysis
本文提出基于五个相互同步的SHNOs链实现超快微波频谱分析,相比单器件方案频率分辨率带宽提升一个数量级,并论证SHNOs在高频及大规模同步下的适用性。
2024-11-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
Detection of magnetic nanoparticles (MNPs) using spin current nano-oscillator (SCNO) biosensor: A frequency-based rapid, ultra-sensitive, magnetic bioassay
这封信是一个基于微磁学模拟的研究GHz频率的铁磁共振检测磁性纳米粒子(MNP)使用自旋电流纳米振荡器(SCNO)作为自旋电子生物传感器在旋进模式下运行。来自SCNO表面上的抗体-抗原-MNP复合物中的MNP的磁杂散场修改铁磁共振峰并产生可测量的共振峰位移。此外,我们的研究结果强烈表明了SCNO生物传感器的位置敏感行为以及消除这种影响以促进更好的生物传感性能的方法。此外,还研究了不同尺寸的纳米颗粒如何改变SCNO器件的性能。对SCNO设备的这种基于模拟的研究显示了基于频率的纳米生物传感器的前景,即使在存在热噪声的情况下,其也具有检测单个MNP的灵敏度。
2019-09-29 physics.app-ph physics.bio-ph
Two-dimensional mutual synchronization in spin Hall nano-oscillator arrays
自旋霍尔纳米振荡器(SHNO)利用纯自旋电流驱动磁性薄膜和纳米结构的局部区域进入自振荡进动。如果这些区域彼此靠近,它们可以相互作用,有时相互同步,成对或短线性链。在这里,我们展示了强大的相互同步的二维SHNO阵列范围从2 × 2到8 × 8纳米收缩,观察到的电气和使用微布里渊光散射显微镜。信号品质因数$Q=f/Δf$随着相互同步的纳米收缩($N$)的数量线性增加,在最大的阵列中达到170,000。虽然微波峰值功率首先随着$N^2$而增加,但它最终趋于平稳,表明纳米收缩之间的非零相对相移。我们的演示将使SHNO阵列在二维振荡器网络中的使用,用于高质量的微波信号生成和神经形态计算。
2018-12-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Robust mutual synchronization in long spin Hall nano-oscillator chains
本文研究了长自旋霍尔纳米振荡器链的互同步,制备了多达50个串联纳米收缩的振荡器链,实现了多达21个纳米收缩的鲁棒完全互同步,显著提升了信号质量和峰值功率,适用于片上GHz应用和神经形态计算。
2023-01-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Robust stabilization of high-frequency magnetic droplets in W-CoFeB-MgO nanoconstriction spin Hall nano-oscillators
Indian Institute of Technology Roorkee(印度理工学院鲁尔基分校);University of Gothenburg(哥德堡大学)
本研究通过微磁学模拟,在CMOS兼容的W/CoFeB/MgO纳米窄条SHNO中实现了斜向磁场下高频非传播磁滴的鲁棒稳定,揭示了不同电流密度下磁滴的振荡行为及磁场对其传播特性的调控作用。
2026-08-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Width dependent auto-oscillating properties of constriction based spin Hall nano-oscillators
研究了斜磁场中基于纳米收缩的自旋霍尔纳米振荡器(SHNO)的电流可调谐微波信号特性与纳米收缩宽度($w=$ ~50- 140 nm)的关系。发现阈值电流与$w$成线性比例,定义了$J_{th}=$ 1.7 $\times$ 10 $^{8}$ A/cm $^2$的恒定阈值电流密度。虽然对于所有$w\geqslant$ 80 nm,微波频率的电流依赖性显示出相同的一般非单调行为,但是对于$w$,所产生的微波信号的质量显著提高,显示出对于总功率和线宽两者的线性$w$依赖性。因此,140 nm纳米收缩的峰值功率比80 nm纳米收缩的峰值功率高约一个数量级。最小的纳米收缩,$w=$ 50 nm,表现出不同的行为,具有更高的功率和更差的线宽,表明交叉进入定性不同的窄收缩区域。
2020-03-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Compositional effect on auto-oscillation behavior of Ni100-xFex/Pt spin Hall nano-oscillators
我们展示了Ni 100-xFex/Pt(x= 10 ~ 40)纳米收缩自旋霍尔纳米振荡器的磁动力学和自振荡特性的成分效应。使用自旋扭矩铁磁共振(ST-FMR)进行微带,我们测量的阻尼和自旋霍尔效率的显着减少与Fe含量的增加,从而降低了自旋泵的贡献。对自旋霍尔效率的强成分效应主要归因于富Fe器件中饱和磁化强度的增加。作为一个直接的结果,需要更高的电流密度来驱动自旋波自动振荡在更高的微波频率在富铁纳米收缩装置。我们的研究结果建立了关键的作用,在工程的自旋霍尔器件的微波和磁振子应用的磁动力学和自振荡特性的成分效应。
2020-12-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Reservoir computing with the frequency, phase and amplitude of spin-torque nano-oscillators
自旋扭矩纳米振荡器可以模拟纳米尺度的神经元。最近的工作表明,可以利用它们的振荡幅度的非线性来实现对以输入电压的幅度编码的输入信号的波形分类。在这里,我们表明,振荡器的频率和相位也可以用来识别波形。为此,我们将振荡器锁相到输入波形,该输入波形以其调制频率携带信息。通过这种方式,我们大大降低了幅度、相位和频率噪声。我们表明,这种方法允许分类正弦和方波的准确度超过99%时,从振荡器的振幅,相位或频率解码的输出。我们发现,识别率是直接相关的噪声和非线性的每个变量。这些结果证明,自旋力矩纳米振荡器提供了一个有趣的平台,以实现不同的计算方案,利用其丰富的动力学功能。
2018-11-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.comp-ph
Reconfigurable field-free spin Hall nano-oscillators enabled by crystallographic anisotropy in epitaxial Co/Pt
University of Gothenburg(哥德堡大学);Indian Institute of Science Education and Research Bhopal(印度科学教育研究所博帕尔分校);Northwestern University(西北大学);Tohoku University(东北大学)
本研究利用外延Co/Pt的晶体各向异性替代磁场偏置,实现无场自旋霍尔纳米振荡器,支持高于10 GHz的自激振荡及非易失性重构,为可重构自旋电子振荡器网络提供新途径。
2026-09-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Energy-efficient W$_{\text{100-x}}$Ta$_{\text{x}}$/CoFeB/MgO spin Hall nano-oscillators
我们研究了一种W-Ta合金化的方法来降低基于纳米收缩的自旋霍尔纳米振荡器的自振荡电流密度和功耗。利用自旋矩铁磁共振(ST-FMR)测量了t = 1.4、1.8和2.0 nm的W $_{\text{100-x}}$ Ta $_{\text{x}}$(5 nm)/CoFeB(t)/MgO堆叠的微棒,我们测量了自旋轨道矩效率和自旋霍尔电导率的实质性改善。我们证明了阈值自振荡电流密度降低34%,这转化为64%的功耗降低相比,纯W基SHNO。我们的工作展示了W-Ta合金化对于新兴自旋电子器件的节能操作的有前途的方面。
2021-11-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Neuromorphic Computing through Time-Multiplexing with a Spin-Torque Nano-Oscillator
制造拇指大小的强大神经形态芯片需要将它们的基本单元:突触和神经元进行计算机化。神经元面临的挑战是将它们缩小到亚微米直径,同时保持允许可靠的信息处理的特性:高信噪比,耐久性,稳定性,可重复性。在这项工作中,我们证明了紧凑的自旋扭矩纳米振荡器可以自然地实现这样的神经元,并量化它们实现实际认知任务的能力。特别是,我们表明,他们可以自然地实现高性能的储备池计算,并详细说明了这种能力的配方。
2019-04-25 cs.ET physics.app-ph
A spiking neuron constructed by the skyrmion-based spin torque nano-oscillator
磁skyrmions是类似粒子的拓扑自旋配置,可以携带二进制信息,因此是未来自旋电子器件的有前途的构建模块。在这项工作中,我们调查的skyrmion动力学和注入电流的特性之间的关系,在skyrmion为基础的自旋扭矩纳米振荡器,其中的激发源是从一个点纳米接触在中心的纳米盘。研究发现,在自旋极化电流的驱动下,skyrmion会离开纳米盘中心,而在没有激励的情况下,skyrmion会回到初始位置.因此,我们提出了一种基于skyrmion的人工尖峰神经元,它可以有效地实现泄漏积分发射操作。我们通过微磁模拟研究了基于skyrmion的尖峰神经元的可行性。我们的研究结果可能为构建未来超高密度和超低能耗的磁神经网络提供有用的指导。
2020-03-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Effects of delayed feedback on the power spectrum of spin-torque nano-oscillators
对自旋力矩纳米振荡器模型中的延迟反馈进行了理论研究。反馈作为超临界性的调制,其通过强非线性、幅度调制和长延迟时功率谱中丰富的调制边带结构导致振荡器频率的变化。调制边带在有限的温度下持续存在,但通过振荡的有限相干时间,一些复杂的结构丢失。
2021-05-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Mutual synchronization of constriction-based spin Hall nano-oscillators in weak in-plane fields
研究了弱面内场($μ_0H_\mathrm{IP}$ = 30-40 mT)作用下基于双纳米压缩的自旋霍尔纳米振荡器(SHNO)的相互同步及其角度依赖性.我们比较SHNO与不同的纳米收缩间距为300和900 nm。在所有器件中,相互同步发生在某一临界角以下,该临界角对于300 nm间距比对于900 nm间距更高,反映了在较短距离处的较强耦合。除了同步,我们观察到一个强大的第二谐波一致的预测,同步可能介导的第二谐波自旋波的传播。然而,尽管布里渊光散射显微镜证实了同步,但它未能检测到任何相关的二次谐波增加。相反,微磁模拟将角相关同步解释为主要归因于相邻SHNO之间的磁偶极耦合。
2018-12-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Tuning spin torque nano-oscillator nonlinearity using He+ irradiation
我们使用He $^+$照射来调整非线性,$\mathcal{N}$,使用He $^+$通量依赖的垂直磁各向异性(PMA)的[Co/Ni]自由层的全垂直自旋扭矩纳米振荡器(STNO)。采用6 ~ 20 $\times10^{14}$ ~He $^{+}$ /cm $^{2}$的注量,我们能够在面内场中将$\mathcal{N}$从强正调谐到中等负。由于STNO微波信号特性主要由$\mathcal{N}$控制,因此可以通过这种方式直接控制阈值电流、频率的电流可调谐性和STNO线宽。特别是,我们可以大大提高后者超过两个数量级。我们的结果与非线性自动振荡器的理论非常一致,证实了非线性作用的理论预测,并展示了改善STNO微波特性的直接途径。
2018-12-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Spin Hall Nano-Oscillator Empirical Electrical Model for Optimal On-chip Detector Design
针对SHNO片上集成应用的电路设计需求,本研究基于单器件输出阻抗及2-10 GHz多偏置电流下输出功率的全面表征,提出SHNO经验电学模型,支撑片上探测器优化设计。
2024-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph