En utilisant des matériaux magnétiques améliorés, basé sur le contrôle des propriétés d'interface de films magnétiques ultra-minces, des chercheurs du Suzhou Institute of Nano-tech and Nano-bionics, Académie chinoise des sciences (SINANO), l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA), et l'Université de Messina ont apporté des améliorations expérimentales majeures pour développer un système plus compact, génération plus économe en énergie d'un dispositif de communication mobile connu sous le nom de nano-oscillateur à transfert de spin (STNO). Les STNO utilisent le spin des électrons pour créer des oscillations micro-ondes stables nécessaires à diverses applications dans les communications mobiles, contrairement aux oscillateurs actuels à base de silicium qui utilisent leur charge. L'oscillateur amélioré de l'équipe SINANO a un grand potentiel pour être utilisé dans les futurs appareils électroniques portables et modules sans fil, systèmes sur puce, et pour la génération de signal d'horloge locale économe en énergie dans les systèmes numériques.

Les STNO sont composés de deux couches magnétiques distinctes. Une couche a une direction polaire magnétique fixe, tandis que la direction magnétique de l'autre couche peut être manipulée pour tourner en faisant passer un courant électrique à travers elle. Cela permet à la structure de produire des micro-ondes oscillantes très précises. Le principal avantage du STNO par rapport aux technologies existantes est qu'il peut combiner une grande accordabilité et une faible énergie avec une taille nanométrique, ainsi que de larges plages de température de travail.

Pourtant, alors que les STNO sont potentiellement supérieurs à bien des égards aux technologies d'oscillateurs hyperfréquences existantes, leurs signaux hyperfréquence reposent principalement à la fois sur des courants d'entraînement importants et sur l'application de champs magnétiques externes, ce qui entrave la mise en œuvre des STNO pour des applications pratiques en termes de puissance dissipée et de taille.

En utilisant des couches magnétiques à anisotropie magnétique perpendiculaire - similaires à celles utilisées dans la mémoire de couple à transfert de spin - l'équipe SINANO a démontré de grands signaux micro-ondes à des densités de courant ultra-faibles ( <5.4×105A/cm ² ) et en l'absence de tout champ magnétique de polarisation. Cela élimine le besoin de déplacer un grand nombre d'électrons à travers des fils, et élimine également le besoin d'aimants permanents ou de bobines conductrices pour fournir le champ magnétique de polarisation, économisant ainsi considérablement à la fois de l'énergie et de l'espace. Les résultats sont des oscillateurs micro-ondes qui génèrent beaucoup moins de chaleur en raison de leur courant plus faible, les rendant plus économes en énergie.

"Précédemment, il n'y avait eu aucune démonstration d'un oscillateur à transfert de spin avec une puissance de sortie suffisamment élevée, faible densité de courant d'entraînement, et simultanément sans besoin d'un champ magnétique externe, empêchant ainsi les applications pratiques, " a déclaré le chercheur principal ZENG Zhongming, Professeur SINANO à l'installation de nanofabrication SINANO. "Nous avons réalisé toutes ces exigences dans un seul appareil."

"La capacité d'exciter des signaux micro-ondes à une densité de courant ultra-faible et dans un champ magnétique nul est passionnante dans le nano-magnétisme. Ce travail présente une nouvelle voie pour le développement de la prochaine génération d'oscillateurs sur puce." a déclaré le co-auteur G. Finocchio, qui est professeur assistant à l'Université de Messine, Italie.

"Les dispositifs spintroniques à très faible consommation ont le potentiel de transformer l'industrie électronique, avec l'exemple le plus immédiat étant dans le domaine de la mémoire magnétique non volatile (MRAM). Ce travail montre que des matériaux et dispositifs similaires peuvent également rapprocher les oscillateurs spintroniques nanométriques de la réalité, " a déclaré Pedram Khalili, associé de recherche et directeur de programme à l'UCLA et co-auteur de l'article. "Ces appareils peuvent être intégrés aux processus de fabrication de la logique CMOS standard, permettant une large gamme de produits, de la mémoire autonome et des composants micro-ondes aux systèmes sur puce. »