Spin-torque oscillatorer (STO) är enheter i nanoskala som genererar mikrovågor med hjälp av förändringar i magnetfältets riktning, men de som produceras av en enskild enhet är för svaga för praktiska tillämpningar. Fysiker har försökt — och, hittills, misslyckades konsekvent – ​​att producera tillförlitliga mikrovågsfält genom att koppla ihop stora ensembler. Michael Zaks från Humboldt University of Berlin och Arkady Pikovsky från University of Potsdam i Tyskland har nu visat varför det inte går att seriekoppla dessa enheter, och, på samma gång, föreslog andra vägar att utforska. Deras arbete publicerades nyligen i European Physical Journal B .

Fysiken bakom spin-vridmomentoscillationer är densamma som bakom hårddisken på datorn där du med stor sannolikhet läser den här texten. Det är en kvantmekanisk effekt känd som "jättemagnetoresistans", i vilket förändring av det yttre magnetfältet runt en stapel lager av alternerande ferromagnetiska och icke-magnetiska metaller ger upphov till väsentliga förändringar i elektrisk motstånd.

Om den elektriska kraften som produceras är tillräckligt stark och de magnetiska skikten är fria att rotera, magnetisk oscillation inträffar och mikrovågor genereras; detta är STO-effekten. Dock, endast synkroniserade oscillationer från stora ensembler av oscillatorer kan producera mikrovågor som är tillräckligt kraftfulla för att vara användbara. Zaks och Pikovsky arbete visar varför det har visat sig så svårt att synkronisera dem.

Att göra så, fysikerna simulerade rörelsen för en ensemble av seriekopplade STO med hjälp av ekvationerna för icke-linjär dynamik. Deras analys visade att ensemblerna alltid var för instabila för att svängningarna skulle förbli sammanhängande. Särskilt, de fann att de slumpmässiga fluktuationerna av elektrisk ström som påverkar alla oscillatorer samtidigt - så kallat "vanligt brus" - inte stabiliserar oscillationerna, som vissa hade förutsagt. Istället, i vissa fall, tillräckligt starka fluktuationer kunde undertrycka svängningarna helt och hållet.

Zaks och Pikovsky har kallat detta nyupptäckta fenomen "brus-inducerad oscillationsdöd". Beväpnad med ny teoretisk kunskap om detta system, de nu undersöker andra metoder för koppling av dessa nanoskala maskiner för att producera robusta mikrovågor i makroskala.