Door verbeterde magnetische materialen te gebruiken, gebaseerd op de controle van interface-eigenschappen van ultradunne magnetische films, onderzoekers van het Suzhou Institute of Nano-tech and Nano-bionics, Chinese Academie van Wetenschappen (SINANO), de Universiteit van Californië in Los Angeles (UCLA), en de Universiteit van Messina hebben belangrijke experimentele verbeteringen aangebracht om een ​​compacter, meer energie-efficiënte generatie van een mobiel communicatieapparaat dat bekend staat als spin transfer nano-oscillator (STNO). STNO's gebruiken de spin van elektronen om stabiele microgolfoscillaties te creëren die nodig zijn voor verschillende toepassingen in mobiele communicatie, in tegenstelling tot de huidige op silicium gebaseerde oscillatoren die hun lading gebruiken. De verbeterde oscillator van het SINANO-team heeft een groot potentieel om te worden gebruikt in toekomstige draagbare elektronische apparaten en draadloze modules, systemen op een chip, en voor energiezuinige lokale kloksignaalgeneratie in digitale systemen.

De STNO's zijn samengesteld uit twee verschillende magnetische lagen. Eén laag heeft een vaste magnetische poolrichting, terwijl de magnetische richting van de andere laag kan worden gemanipuleerd om te draaien door er een elektrische stroom doorheen te leiden. Hierdoor kan de structuur zeer nauwkeurige oscillerende microgolven produceren. Het belangrijkste voordeel van de STNO ten opzichte van bestaande technologieën is dat het grote afstembaarheid en lage energie kan combineren met nanoschaalgrootte, evenals brede werktemperatuurbereiken.

Hoewel STNO's in veel opzichten potentieel superieur zijn aan bestaande microgolfoscillatortechnologieën, hun microgolfsignalen zijn voornamelijk afhankelijk van zowel grote aandrijfstromen als de toepassing van externe magnetische velden, wat de implementatie van STNO's voor praktische toepassingen belemmert in termen van vermogensdissipatie en grootte.

Door magnetische lagen te gebruiken met loodrechte magnetische anisotropie - vergelijkbaar met die gebruikt in het geheugen voor spin-overdracht koppel - demonstreerde het SINANO-team grote microgolfsignalen bij ultralage stroomdichtheden ( <5.4×105A/cm ² ) en bij afwezigheid van vooringenomen magnetische velden. Dit elimineert de noodzaak om grote aantallen elektronen door draden te verplaatsen, en elimineert ook de noodzaak voor permanente magneten of geleidende spoelen om het magnetische veld in te stellen, dus een aanzienlijke besparing van zowel energie als ruimte. De resultaten zijn microgolfoscillatoren die veel minder warmte genereren vanwege hun lagere stroomsterkte, waardoor ze energiezuiniger worden.

"Eerder, er was geen demonstratie van een spin-transfer-oscillator met voldoende hoog uitgangsvermogen, lage aandrijfstroomdichtheid, en tegelijkertijd zonder de noodzaak van een extern magnetisch veld, waardoor praktische toepassingen worden voorkomen, " zei hoofdonderzoeker ZENG Zhongming, SINANO-professor bij de SINANO Nanofabrication Facility. "We hebben al deze eisen in één apparaat gerealiseerd."

"Het vermogen om microgolfsignalen te exciteren bij ultralage stroomdichtheid en in een magnetisch veld nul is opwindend in nano-magnetisme. Dit werk presenteert een nieuwe route voor de ontwikkeling van de volgende generatie on-chip oscillatoren." zei co-auteur G. Finocchio, die assistent-professor is aan de Universiteit van Messina, Italië.

"Ultra-low-power spintronische apparaten hebben het potentieel om de elektronica-industrie te transformeren, met het meest directe voorbeeld op het gebied van niet-vluchtig magnetisch geheugen (MRAM). Dit werk laat zien dat vergelijkbare materialen en apparaten ook spintronische oscillatoren op nanoschaal een stap dichter bij de realiteit kunnen brengen, " zei Pedram Khalili, een onderzoeksmedewerker en programmamanager bij UCLA en co-auteur van het papier. "Deze apparaten kunnen worden geïntegreerd met standaard CMOS-logicaproductieprocessen, waardoor een breed scala aan producten mogelijk is, van stand-alone geheugen- en microgolfcomponenten tot systemen op een chip."