Los nanoosciladores espintrónicos, un paso más cerca

La generación de osciladores en el intervalo de frecuencias de las microondas es una de las aplicaciones más importantes de los dispositivos espintrónicos. Estos dispositivos aprovechan el espín de los electrones, además de la carga, lo cual permite superar las limitaciones crecientes sobre la electrónica convencional. Para las comunicaciones inalámbricas, son especialmente interesantes los nanoosciladores de transferencia de espín (STNO).

Un grupo de científicos inició el proyecto MASTER (Microwave amplification by spin transfer emission radiation), financiado por la Unión Europea, para estudiar las posibilidades de los STNO como fuentes de radiación de microondas sintonizables de banda ultraestrecha adecuadas para las tecnologías de comunicaciones móviles e inalámbricas. El proyecto abordó los desafíos existentes relacionados con la potencia insuficiente un exceso de ruido (fase) y los rangos de frecuencia estrechos.

Aprovechando conjuntos grandes de osciladores acoplados de forma coherente (oscilando juntos con la misma frecuencia), los científicos trataron de mejorar notablemente el rendimiento del dispositivo. Para optimizar los resultados, estudiaron cuatro mecanismos distintos de acoplamiento entre osciladores vecinos.

La investigación del proyecto dio como resultado la identificación de la configuración óptima de N osciladores para su sincronización. Mediante el acoplamiento del movimiento de la magnetización de las dos capas que constituyen un STNO, los científicos lograron los valores deseados de potencia y ancho de banda de salida e informaron de mejoras del rendimiento hasta N=4. Las características de funcionamiento de la matriz optimizada se estudiaron teórica y experimentalmente.

El proyecto desarrolló técnicas espectroscópicas innovadoras basadas en las ondas de espín que permiten excitar y detectar la dinámica de la magnetización de STNO individuales independientemente de los efectos de transferencia de espín. Estas técnicas fueron fundamentales para comprender los mecanismos básicos implicados en la transferencia del momento de espín.

Otro logro fue el desarrollo de un solucionador de alto rendimiento para realizar simulaciones micromagnéticas sobre una matriz muy grande de STNO acoplados de forma coherente. Además, el proyecto creó un marco teórico sencillo para describir el transporte en multicapas magnéticas.

Los SNTO pueden abarcar una gama distinta de frecuencias, son fáciles de fabricar y son compatibles con la tecnología convencional de semiconductor complementario de óxido metálico sobre silicio. Estos nanoosciladores podrían sustituir pronto a los osciladores convencionales controlados mediante tensión que se utilizan en los circuitos resonantes. Otro sistema espintrónico de microondas podría ser un cabezal de lectura magnética dinámico para almacenamiento de datos y, finalmente, un detector instantáneo de banda ancha para el rango de alta y baja frecuencias para sistemas de radio o radar cognitivos, se podrían beneficiar de la tecnología SNTO.