[发明专利]一种自旋纳米振荡器频率瞬时调制方法

说明书

本发明属于频率调制领域，提供了一种自旋纳米振荡器频率瞬时调制方法，具体包括：在基于STNO的MTJ模型中，在沿平行于易轴方向上施加磁场强度为H₁的磁场，以及，通过所述STNO的直流电流值为I₁；将所述直流电流值降低至I₂，同时将沿平行于易轴方向上施加的磁场的磁场强度减小至H₂，通过同时降低平行于易轴的方向上施加的磁场的磁场强度和通过STNO的直流电流的电流值，让磁矩振荡频率突变至到所需要的频率，并保持减小后的磁场强度和降低后的电流值不变，让磁矩频率的变化轨迹保持稳定，实现了STNO的频率瞬时调制的目的。

技术领域

本发明涉及频率调制领域，尤其涉及一种自旋纳米振荡器频率瞬时调制方法。

背景技术

自旋纳米振荡器(Spin Torque Nano-oscillator，STNO)是基于磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)构建的新一代振荡器。在磁性隧道结结构中(包括自由层/隔离层/钉扎层)，当一定大小的自旋极化电流通过时，其带来的自旋转移力矩(SpinTransfer Torque,STT)会引起自由层磁矩的稳定进动，进而导致电阻发生高频变化，将输入的直流信号转换为高频振荡的微波信号。STNO因其可以通过电流和磁场进行频率调制而在电信领域富有前景。对技术应用来说，STNO的最大调制速率一直是一个重要的参数。有关于面内磁化的STNO的研究表明，射频电流对频率调制的最大可达速率受到幅度弛豫速率的限制，为其实际应用带来了诸多不便。

A.Purbawati等人2016年在《APPLIED PHYSICS LETTERS》发表文章提出可以保持电流直流不变，采用磁场调制的方法，其中磁场的方向可以沿着易磁轴或者垂直于易磁轴以打破频率调制速率的限制。如图1所示，为沿着易磁轴或者垂直于易磁轴进行磁场调制的磁矩频率变化图，图1(a)演示了在沿垂直于易轴的方向施加磁场时磁矩振荡频率的变化情况。当在20ns处施加磁场强度为ΔH的磁场后，磁矩振荡频率缓慢地从5GHz降低到4GHz，并未发生任何突变。而图1(b)演示了在沿着平行于易轴的方向施加磁场时磁矩振荡频率的变化情况，当在20ns处施加磁场强度为ΔH的磁场后，磁矩振荡频率产生了突变快速降低到4.4GHz左右，但之后仍然沿着与图1(a)变化相似的运动轨迹降低到4GHz。上述两种方法的结果均导致磁矩振荡频率变化至4GHz所花费的总时间都在30ns左右。

因此，研究表明A.Purbawati等人提出的方法并未从根本上打破频率调制速率的限制，因为它并没有改变频率调制时磁矩振荡频率变化的轨迹，也没有改变磁矩振荡频率变化所需的总时间。

因此，需要研究出一种能够打破幅度弛豫速率限制的频率调制方法，使STNO能够更加快速地实现频率调制。

发明内容

为了解决现有技术中STNO的最大频率调制速率受到幅度弛豫速率限制的技术问题，本发明提供了一种自旋纳米振荡器频率瞬时调制方法，本发明将沿平行于易轴的方向上施加的磁场的磁场强度减小以及同时将通过STNO的直流电流的电流值降低，让磁矩振荡频率突变至到所需要的频率，并保持减小后的磁场强度和降低后的电流值不变，让磁矩频率的变化轨迹保持稳定，实现了STNO的频率瞬时调制的目的。

本发明提供了一种自旋纳米振荡器频率瞬时调制方法，具体包括：

基于STNO的MTJ模型中，在沿平行于易轴方向上施加磁场强度为H₁的磁场，以及，通过所述STNO的直流电流值为I₁；

将所述直流电流值降低至I₂，同时将沿平行于易轴方向上施加的磁场的磁场强度减小至H₂。

优选的，所述方法还包括：保持所述直流电流为I₂，以及所述磁场强度H₂不变。