Spin-torque oscillatoren (STO's) zijn apparaten op nanoschaal die microgolven genereren met behulp van veranderingen in de richting van het magnetische veld, maar die geproduceerd door een afzonderlijk apparaat zijn te zwak voor praktische toepassingen. Natuurkundigen hebben geprobeerd - en, daten, consequent faalde - om betrouwbare microgolfvelden te produceren door grote ensembles te koppelen. Michael Zaks van de Humboldt Universiteit van Berlijn en Arkady Pikovsky van de Universiteit van Potsdam in Duitsland hebben nu aangetoond waarom het niet lukt om deze apparaten in serie te schakelen. en, tegelijkertijd, suggereerde andere paden om te verkennen. Hun werk is onlangs gepubliceerd in Het European Physical Journal B .

De fysica achter spin-torque-oscillaties is dezelfde als die achter de harde schijf van de computer waarop u deze tekst zeer waarschijnlijk leest. Het is een kwantummechanisch effect dat bekend staat als 'gigantische magnetoweerstand', waarbij het veranderen van het externe magnetische veld rond een stapel lagen van afwisselende ferromagnetische en niet-magnetische metalen aanleiding geeft tot aanzienlijke veranderingen in elektrische weerstand.

Als de geproduceerde elektrische kracht sterk genoeg is en de magnetische lagen vrij kunnen roteren, magnetische oscillatie treedt op en microgolven worden gegenereerd; dit is het STO-effect. Echter, alleen gesynchroniseerde oscillaties van grote ensembles van oscillatoren kunnen microgolven produceren die krachtig genoeg zijn om bruikbaar te zijn. Het werk van Zaks en Pikovsky illustreert waarom het zo moeilijk is gebleken om ze te synchroniseren.

Om dit te doen, de natuurkundigen simuleerden de beweging van een ensemble van serieel gekoppelde STO's met behulp van de vergelijkingen van niet-lineaire dynamica. Uit hun analyse bleek dat de ensembles altijd te onstabiel waren om de oscillaties coherent te houden. Vooral, ze ontdekten dat de willekeurige fluctuaties van elektrische stroom die alle oscillatoren tegelijkertijd beïnvloeden - de zogenaamde 'gewone ruis' - de oscillaties niet stabiliseren, zoals sommigen hadden voorspeld. In plaats daarvan, in sommige gevallen, voldoende sterke fluctuaties waren in staat om de oscillaties volledig te onderdrukken.

Zaks en Pikovsky hebben dit nieuw ontdekte fenomeen 'door ruis veroorzaakte oscillatie-dood' genoemd. Gewapend met nieuwe theoretische kennis over dit systeem, ze onderzoeken nu andere methoden om deze nanoschaalmachines te koppelen om robuuste microgolven op macroschaal te produceren.