Un pas de plus vers les nano-oscillateurs spintroniques
La génération d'oscillations dans la gamme des micro-ondes est l'une des applications les plus importantes des dispositifs spintroniques. Ces dispositifs utilisent le spin et la charge des électrons, dépassant ainsi les limites de l'électronique classique. Les nano-oscillateurs à transfert de spin (STNO) sont particulièrement intéressants pour les communications sans fil. Des scientifiques ont lancé le projet MASTER (Microwave amplification by spin transfer emission radiation), financé par l'UE, pour explorer l'utilisation des STNO comme source accordable et à bande très étroite de rayonnements micro-ondes, à destination des systèmes mobiles et des télécommunications sans fil. Ils voulaient régler les difficultés associées à une puissance insuffisante, un bruit (de phase) excessif et une plage de fréquences étroite. Les scientifiques ont utilisé de grands ensembles d'oscillateurs couplés (oscillant à la même fréquence) pour augmenter considérablement la performance des dispositifs. Afin d'optimiser les résultats, ils ont étudié quatre méthodes de couplage entre des oscillateurs voisins. Les recherches ont permis d'établir la configuration optimale de N oscillateurs afin de les synchroniser. Les scientifiques ont couplé le mouvement de magnétisation des deux couches qui constituent un nano-oscillateur à transfert de spin, atteignant les objectifs de puissance de sortie et de largeur du spectre. Ils ont amélioré les performances jusqu'à N=4. Les chercheurs ont conduit des études théoriques et expérimentales sur les caractéristiques de performance de l'ensemble optimisé. Le projet a conçu des techniques innovantes de spectroscopie par onde de spin, capables d'exciter et de détecter la dynamique de magnétisation de STNO séparés, indépendamment des effets de transfert de spin. Ces techniques ont été essentielles pour comprendre les bases du transfert du moment du spin. Le projet a également développé un solveur très performant pour conduire des simulations micro-magnétiques sur un très vaste ensemble de STNO couplés. Il a aussi conçu un cadre théorique simple du transport dans des multicouches magnétiques. Les nano-oscillateurs à transfert de spin peuvent couvrir une plage différente de fréquences, sont faciles à fabriquer et sont compatibles avec les techniques classiques de fabrication de semi-conducteurs CMOS sur silicium. Ces nano-oscillateurs pourraient bientôt remplacer les oscillateurs classiques contrôlés par la tension et utilisés dans des circuits résonants. La spintronique à micro-ondes pourrait aussi conduire à une tête de lecture magnétique dynamique pour le stockage de données. Et les nano-oscillateurs à transfert de spin pourraient servir à un détecteur instantané de hautes ou basses fréquences, pour la radio cognitive ou des systèmes radar.
Mots‑clés
Nano-oscillateurs, gamme des micro-ondes, communications sans fil, nano-oscillateurs à transfert de spin, émetteurs radio
