Forskare vid Göteborgs universitets fysikavdelning har äntligen hittat hemligheten att synkronisera ett obegränsat antal spintroniska oscillatorer. Sådana enheter är mycket lovande för framtida applikationer som kräver bredbandsfunktionalitet.

Tyvärr, sådana mikrovågsoscillatorer i nanoskala lider av en outhärdligt låg effekt och högt fasbrus. Det är allmänt accepterat att ett av de mest attraktiva sätten att lösa detta problem är att synkronisera ett stort antal av dessa nanoskopiska oscillatorer för att begränsa den skadliga inverkan av termisk energi.

Synkroniseringen av två sådana oscillatorer publicerades första gången 2005. 2013 hade antalet synkroniserade oscillatorer bara ökat till fyra lågfrekventa oscillatorer och tre mikrovågsfrekvensoscillatorer. Vidare, kopplingen var svår att kontrollera på ett reproducerbart sätt.

Doktoranden Afshin Houshang och hans handledare Dr Randy Dumas i professor Johan Åkermans team har nu lyckats visa att det är möjligt att skapa och använda fokuserade strålar av spinnvågor för att (i) synkronisera oscillatorer över mycket större avstånd än tidigare visat och (ii) ) robust synkronisera ett rekordantal oscillatorer.

I deras artikel, publiceras i Naturens nanoteknik , de synkroniserar fem oscillatorer och visar den resulterande förbättringen av oscillatorkvaliteten.

"Eftersom vi nu vet hur man kontrollerar spinnvågsutbredningen, det finns egentligen ingen gräns för hur många oscillatorer vi nu kan synkronisera, sa Randy Dumas, som ser stor potential inom flera forskningsområden.

Eftersom spinnvågsstrålens riktning också kan skräddarsys via elektrisk ström genom oscillatorn och via ett externt magnetfält, resultaten kommer också att ha en stor inverkan på det växande området för spinnvågsbaserad elektronik, kallas magnonics. Genom att ändra strålens riktning, man kan välja vilka oscillatorer som synkroniserar och därigenom styra informationsflödet i magnoniska kretsar på ett sätt som tidigare inte var möjligt.

Resultaten öppnar också för nya möjligheter för grundläggande studier av nätverk av starkt olinjära oscillatorer där en uppsättning av kanske hundra sådana oscillatorer i olika geometriska arkitekturer kan externt styras och studeras i detalj.

"Vi hoppas kunna använda dessa och liknande komponenter för extremt snabba neuromorfa beräkningar baserade på oscillatornätverk, " förklarar Randy.