Zaawansowane urządzenia wykorzystujące oscylatory spintroniczne
Systemy komunikacji bezprzewodowej wykorzystują najczęściej oscylatory zbudowane z cewek indukcyjnych i kondensatorów (oscylatory L–C). Ponieważ przemysł poszukuje coraz większej wydajność przy coraz mniejszych rozmiarach urządzeń, cewka indukcyjna stała się wąskim gardłem, jeśli chodzi o rozwój urządzeń komunikacji bezprzewodowej. Spintronika, dziedzina wykorzystująca spin elektronów oraz ich ładunek, dostarcza nowych urządzeń, które przełamują ograniczenia elektroniki konwencjonalnej. Szczególnie interesujące dla komunikacji bezprzewodowej są oscylatory oparte na transferze spinu (STO). Naukowcy zainicjowali finansowany przez UE projekt SPINAPPS ("Spin torque oscillators for wireless and radar applications"), aby pokonać ograniczenia dotyczące mocy wyjściowej oraz stabilności i kontroli częstotliwości. Kilka STO może pokryć cały zakres częstotliwości wszystkich standardów komunikacyjnych. Wynika to z takich właściwości, jak stałe mikrofalowe oscylacje magnetyczne oraz wysoka dostrajalność zarówno pola elektrycznego, jak i magnetycznego. Ponadto, STO są małe, łatwe w wytwarzaniu i zgodne z konwencjonalną krzemową technologią uzupełniającą metal-tlenek-półprzewodnik (CMOS). Minimalne zużycie energii i znacznie niższe koszty w porównaniu z konwencjonalnymi systemami czynią je szczególnie atrakcyjnymi dla urządzeń bezprzewodowych. Do tego można je wykorzystywać w zastosowaniach o wysokiej częstotliwości, na przykład nowych protokołach komunikacyjnych czy systemach radarowych. Badacze opracowali oprogramowanie symulacyjne oparte na dostępnych na rynku produktach Cadence, aby sprawdzić działanie układów STO w każdej technologii półprzewodnikowej obsługiwanej przez Cadence. Środowisko symulacyjne pozwoliło na ocenę szumu półprzewodników i wpływu temperatury na sprawność STO, a także na zbadanie nowych architektur układów. Prace doświadczalne doprowadziły do optymalizacji wysoce wydajnego procesu integracji nanostykowych STO (NC-STO) na czterocalowych płytkach krzemowych. W efekcie badacze uzyskali dwa różne urządzenia demonstracyjne, jedno oparte na STO z magnetycznym złączem tunelowym (MTJ-STO) na układzie scalonym, a drugie oparte na gigantycznej magnetorezystancji (GMR-STO) w elektromagnesie. Konsorcjum SPINAPPS potwierdziło możliwość zastosowania oscylatorów opartych na transferze spinu w nowych urządzeniach. Oprogramowanie symulacyjne z pewnością będzie inspiracją do innowacyjnych odkryć zarówno dla partnerów projektu, jak i naukowców spoza konsorcjum.
