納米尺級的微波產生器，自旋轉矩振蕩器，能否產生可靠的微波場？

2020-10-18 博科園

自旋轉矩振蕩器(STOs)是利用磁場方向變化產生微波的納米級器件，但任何單個器件產生的微波對於實際應用來說都太弱。物理學家們試圖通過耦合大型集成電路來產生可靠的微波場，但迄今為止一直未能成功。柏林洪堡大學麥可·扎克(Michael Zaks)和德國波茨坦大學阿卡迪·皮科夫斯基(Arkady Pikovsky)現在展示了為什麼串聯這些設備無法成功，同時，還提出了其他探索途徑。其研究發表在《歐洲物理B》上。

自旋轉矩振蕩背後的物理原理，與你很可能正在閱讀本文的計算機硬碟驅動器背後的物理原理一樣。這是一種被稱為「巨磁電阻」的量子力學效應，在這種效應中，改變一堆交替的鐵磁性和非磁性金屬層周圍的外部磁場，會導致電阻發生實質性的變化。如果產生的電場足夠強，磁性層可以自由旋轉，就會發生磁振蕩，產生微波；這就是STO效應。然而，只有來自大型振蕩器集合體的同步振蕩才能產生足夠強大到有用的微波，Zaks和Pikovsky的研究說明了為什麼很難將他們同步。

為此，物理學家們使用非線性動力學方程模擬了一個串聯耦合自旋轉矩振蕩器系統的運動。分析表明，這些系統總是太不穩定，以至于振蕩無法保持一致。特別地，他們發現電流的隨機波動會同時影響所有振蕩器，也就是所謂的「共同噪音」，並不像一些人預測的那樣穩定振蕩。相反，在某些情況下，足夠強的波動能夠完全抑制振蕩。這個新發現的現象稱為「噪聲引起的振蕩消失」。有了這個系統的新理論知識，現在正在研究其他方法來耦合這些納米尺度的機器，在宏觀尺度上產生強大的微波。

研究由朗道-利夫什茨-吉爾伯特-斯洛切夫斯基磁化方程控制的串聯自旋轉矩振蕩器的整體動力學。接近均斜性阻礙自旋轉矩振蕩器的同步化：當同步系綜經歷同斜分岔時，每次振蕩與系綜均值的微小偏差增長率會發散。根據輪廓線的結構，足夠強的普通噪聲，例如電路中電流的隨機振蕩，可以抑制所有振蕩器的磁場進動，研究得到了噪聲閾值幅值的顯式表達式，從而實現了這種抑制。

博科園｜研究/來自：Springer

參考期刊《歐洲物理B》

DOI: 10.1140/epjb/e2019-100152-2

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