Genom att använda förbättrade magnetiska material, baserat på kontroll av gränssnittsegenskaper för ultratunna magnetiska filmer, forskare från Suzhou Institute of Nano-tech och Nano-bionics, Chinese Academy of Sciences (SINANO), University of California i Los Angeles (UCLA), och universitetet i Messina har gjort stora experimentella förbättringar för att utveckla en mer kompakt, mer energieffektiv generering av en mobil kommunikationsenhet som kallas spin-nano-oscillator (STNO). STNO använder elektronernas snurr för att skapa stabila mikrovågssvängningar som behövs för olika applikationer inom mobil kommunikation, till skillnad från nuvarande kiselbaserade oscillatorer som använder sin laddning. SINANO -teamets förbättrade oscillator har stor potential att användas i framtida bärbara elektroniska enheter och trådlösa moduler, system på ett chip, och för energieffektiv lokal generering av klocksignaler i digitala system.

STNO:erna består av två distinkta magnetiska lager. Ett lager har en fast magnetisk polarriktning, medan det andra lagrets magnetiska riktning kan manipuleras till gyrat genom att leda en elektrisk ström genom den. Detta gör att strukturen kan producera mycket exakta oscillerande mikrovågor. STNO:s främsta fördel gentemot befintlig teknik är att den kan kombinera stor avstämning och låg energi med nanoskala, samt breda arbetstemperaturområden.

Även om STNO:er är potentiellt överlägsna i många avseenden än befintlig mikrovågsoscillatorteknik, deras mikrovågssignaler är huvudsakligen beroende av både stora drivströmmar och tillämpningen av externa magnetfält, vilket hindrar implementeringen av STNO:er för praktiska tillämpningar när det gäller effektförlust och storlek.

Genom att använda magnetiska lager med vinkelrät magnetisk anisotropi-liknande dem som används i minnet för överföring av vridmoment-demonstrerade SINANO-teamet stora mikrovågssignaler vid ultralåga strömtätheter ( <5,4 × 105A/cm ² ) och i avsaknad av förspänningsmagnetiska fält. Detta eliminerar behovet av att flytta ett stort antal elektroner genom ledningar, och eliminerar också behovet av permanenta magneter eller ledande spolar för att tillhandahålla det förspända magnetfältet, vilket sparar betydligt både energi och utrymme. Resultaten är mikrovågsoscillatorer som genererar mycket mindre värme på grund av deras lägre ström, gör dem mer energieffektiva.

"Tidigare, det hade inte visats någon spin-transfer-oscillator med tillräckligt hög uteffekt, låg drivströmstäthet, och samtidigt utan behov av ett externt magnetfält, därmed förhindra praktiska tillämpningar, "sade forskaren ZENG Zhongming, SINANO professor vid SINANO Nanofabrication Facility. "Vi har insett alla dessa krav i en enda enhet."

"Möjligheten att excitera mikrovågssignaler vid ultralåg strömtäthet och i noll magnetfält är spännande inom nano-magnetism. Detta arbete presenterar en ny väg för utvecklingen av nästa generations on-chip-oscillatorer." sade medförfattaren G. Finocchio, som är biträdande professor vid University of Messina, Italien.

"Spintroniska enheter med extremt låg effekt har potential att förändra elektronikindustrin, med det mest omedelbara exemplet inom området icke -flyktigt magnetiskt minne (MRAM). Detta arbete visar att liknande material och enheter också kan föra nanoskala spintroniska oscillatorer ett steg närmare verkligheten, "sa Pedram Khalili, en forskningsassistent och programchef vid UCLA och medförfattare till uppsatsen. "Dessa enheter kan integreras med standard CMOS -logiska tillverkningsprocesser, möjliggör ett brett utbud av produkter från fristående minne och mikrovågskomponenter till system på ett chip. "