CN106252503A - 基于反铁磁材料的超高频自旋微波振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于反铁磁材料的超高频自旋微波振荡器。一种自旋微波振荡器可包括磁性多层膜结构，所述磁性多层膜结构在直流偏置下产生微波振荡信号，所述磁性多层膜结构包括：设置在衬底上的第一电极层，所述第一电极层由导电金属制成；设置在所述第一电极层上的第一反铁磁进动层，所述第一反铁磁进动层由反铁磁材料制成；以及设置在所述第一反铁磁进动层上的第二电极层，所述第二电极层由导电金属制成。所述基于反铁磁材料的自旋微波振荡器能产生频率高达100GHz以上，甚至达到THz级别的振荡信号，因此能应用于各种超高频电子设备中。

Description

基于反铁磁材料的超高频自旋微波振荡器

技术领域

本发明总体上涉及自旋微波振荡器，更特别地，涉及一种基于反铁磁材料的超高频自旋微波振荡器，其能够产生百吉赫兹以上，甚至高达太赫兹的振荡信号。

背景技术

自二十世纪九十年代以来，磁记录技术伴随着自旋电子学的发展而得到了长足的进步。尤其是巨磁电阻(GMR)效应和隧穿磁电阻(TMR)效应的发现，都极大地提高了磁记录的密度。典型的GMR自旋阀结构和TMR隧道结结构都具有所谓的“三明治”结构，包括被两个铁磁层夹持的间隔层，其中一个铁磁层是参考层，其具有固定的磁化方向，另一个铁磁层是自由层，其磁化方向可以响应于外磁场而自由旋转。对于GMR自旋阀结构而言，两个铁磁层之间的间隔层可以是非磁导电金属；对于TMR隧道结结构而言，间隔层可以是非磁绝缘层。GMR自旋阀结构和TMR隧道结结构的电阻与两个铁磁层的磁化方向之间的角度θ的余弦(cos(θ))成比例。当两个铁磁层的磁化方向彼此平行时，电阻最小；当两个铁磁层的磁化方向彼此反平行时，电阻最大。因此，通过测量GMR自旋阀结构和TMR隧道结结构的电阻(或电压)，可以得到自由层的磁化方向，进而得到外磁场的方向。

在对GMR效应和TMR效应进行研究的过程中，还发现了许多其他物理现象。例如在2003年，Kiselev等人发现当自旋极化的DC电流通过纳米尺寸的巨磁电阻(GMR)多层膜时，会产生自旋转移力矩(spin transfer torque，STT)，在合适的条件下会使自由层磁化发生磁阻振荡，输出高频信号(参见Kiselev S I,Sankey J C,Kirvorotov I N,et al.Microwave oscillations of ananomagnet driven by a spin-polarized current.Nature,2003,425:380)。在该结构中，第一磁层用于产生自旋极化电流，并将其注入到第二磁层中。当自旋极化电流的自旋转移力矩不足以使第二磁层的磁化方向翻转时，第二磁层的磁化将产生进动。这样，第二磁层扮演了类似纳米马达的作用，它将DC电流的能量转变成高频磁进动。由于多层膜结构的电阻与两个磁层的磁化方向之间的角度θ的余弦(cos(θ))成比例，所以该磁进动会导致电流或电压的振荡，从而产生振荡信号。测量的电信号要大于40倍的室温热噪声，输出功率范围为25～100pW/mA，频率最大可达到40GHz左右，而且微波频率的位置能由电流和磁场共同或分别调节。随后，Deac等人利用100nm左右的具有MgO势垒的磁性隧道结纳米柱产生了可以跟实际应用器件相比拟的微波信号输出功率，约0.43μW(参见Deac M,Fukushima A,Kubota H,et al.Bias-driven high-power microwave emission from MgO-based tunnelmagnetoresistance devices,Nature Physics,2008,4:803)。

这种自旋微波振荡器，也称为自旋纳米振荡器(spin transfernano-oscillator，STNO)或自旋电子振荡器，能产生比传统的LC振荡器或晶体振荡器更高频率的信号。一般的晶体振荡器的最高输出频率不超过200MHz，而自旋微波振荡器能输出高达数十吉赫兹(GHz)的信号。而且，自旋微波振荡器还具有很多其他优点，例如结构简单，体积小(是现有的晶体振荡器的尺寸的五十分之一)、集成度高、频率高、频率调制范围宽(通常可在500MHz到10GHz之间的带宽调控)、稳定性好以及功耗低等，较现有的微波振荡器诸如LC振荡器和晶体振荡器具有无法比拟的优势，在微波振荡器、信号发射源以及微波检测器等器件中具有极大的应用潜力和前景，被认为是下一代振荡器的候选者，因此得到了广泛的研究。

研究的一个方面在于进一步提供自旋微波振荡器的输出频率，例如提高到100GHz以上，甚至达到太赫兹(THz)的级别。THz波又被称为T射线，在频域上处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，在电子学向光子学的过渡区域，长期以来由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，对于该波段的了解有限，使得THz成为电磁波谱中最后一个未被全面研究的频率窗口，被称为电磁波谱中的“太赫兹间隙(THz Gap)”。THz波的特殊电磁波谱位置赋予了它很多优越的特性，有非常重要的应用价值。例如，THz波是具有量子特性的电磁波，具有类似微波的穿透能力，同时又具有类似光波的方向性。THz波频率很高，因而其空间分辨率很高。THz脉冲很短，在飞秒级，因而THz辐射又具有很高的时间分辨率。THz时域光谱技术和THz成像技术都是目前正在研究的尖端技术。

因此，需要提供一种自旋振荡器，其能够输出更高频率的振荡信号。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种自旋微波振荡器，其能够提供超高频率的振荡信号。

根据一示范性实施例，一种自旋微波振荡器，包括磁性多层膜结构，所述磁性多层膜结构在直流偏置下产生微波振荡信号，所述磁性多层膜结构包括：设置在衬底上的第一电极层，所述第一电极层由导电金属制成；设置在所述第一电极层上的第一反铁磁进动层，所述第一反铁磁进动层由反铁磁材料制成；以及设置在所述第一反铁磁进动层上的第二电极层，所述第二电极层由导电金属制成。

在一示例中，所述自旋微波振荡器还可包括设置在所述第一电极层和所述第一反铁磁进动层之间的间隔层，所述间隔层由金属或绝缘体制成。所述自旋微波振荡器还可包括设置在所述第一电极层和所述间隔层之间的第一铁磁层，所述第一铁磁层由铁磁材料制成。所述自旋微波振荡器还可包括设置在所述第一反铁磁进动层和所述第二电极层之间的第二铁磁层，所述第二铁磁层由铁磁材料制成。

在一示例中，所述自旋微波振荡器还可包括设置在所述第一反铁磁进动层和所述第二电极层之间的第一铁磁层，所述第一铁磁层由铁磁材料制成。所述自旋微波振荡器还可包括设置在所述第一反铁磁进动层和所述间隔层之间的第二铁磁层，所述第二铁磁层由铁磁材料制成。

在一示例中，所述自旋微波振荡器还可包括设置在所述第一电极层和所述第一间隔层之间的第二反铁磁进动层，所述第二反铁磁进动层由反铁磁材料制成。所述自旋微波振荡器还可包括：设置在所述第一电极层和所述第二反铁磁进动层之间的第一铁磁层，所述第一铁磁层由铁磁材料形成；以及设置在所述第二电极层和所述第一反铁磁进动层之间的第二铁磁层，所述第二铁磁层由铁磁材料形成。

在一示例中，所述反铁磁材料选自包括如下材料的组：MnO、NiO、CoO、IrMn、FeMn、PtMn、CrMn、PdMn、PdPtMn、CrPtMn、PdCrO₂、MnCO₃、MnF₂、FeF₂。

在一示例中，所述铁磁材料选自包括如下材料的组：(Co/Pt)_n、(Co/Pd)_n、(Co/Ni)_n、Fe、Co、Ni、Pr、Nd、Sm、Gd、Te、Dy，CoFe、CoFeB、CoFeSi、CoFeNi、CoFeAl、CoFeSiAl、CoFeNiAl、CoFeSiB、CoFeNiB、NdFeB、NiFe、GdY、MnGa、MnRuGa、MnAl、MnCr、FePt、CoPt、CoCr、SmCo、FeCr、CoCrPt、FeCrPt、FeCoCr、Fe₃O₄、CrO₂、La_1-xSr_xMnO₃(0.16<x<1.0)、La_1-xCa_xMnO₃(0.18<x<0.5)、Pr_1-xSr_xMnO₃(0.3<x<1.0)、Co₂MnSi，用Fe、Co、Ni、V或Mn掺杂的ZnO、TiO₂、HfO₂和SnO₂，用Fe、Co、Ni、V或Mn掺杂的GaAs、InAs、GaN和ZnTe，其中n是大于等于1的正整数。

所述基于反铁磁材料的自旋微波振荡器能产生频率高达100GHz以上，甚至达到THz级别的振荡信号，因此能应用于各种超高频电子设备中。

附图说明

图1示出根据本发明一实施例的自旋微波振荡器的电路框图。

图2示出根据本发明一实施例的磁性多层膜结构的示意图。

图3示出根据本发明另一实施例的磁性多层膜结构的示意图。

图4示出根据本发明另一实施例的磁性多层膜结构的示意图。

图5示出根据本发明另一实施例的磁性多层膜结构的示意图。

图6示出根据本发明另一实施例的磁性多层膜结构的示意图。

图7示出根据本发明另一实施例的磁性多层膜结构的示意图。

图8示出根据本发明一实施例的自旋微波振荡器的输出信号的频域特性。

具体实施方式

在现有的自旋微波振荡器中，用于产生自旋极化电流的第一磁层(也称为参考层)和用于产生磁进动的第二磁层(也称为自由层)二者都由铁磁材料制成，这是因为铁磁材料具有较大的自旋极化率，因此能产生较高的磁电阻，进而输出较强的振荡信号。然而，本发明人发现，在利用铁磁材料制成的自旋微波振荡器中，输出频率的进一步提高遇到了困难。

要产生达到THz级别的超高频振荡信号，必然需要满足以下两个条件：第一，需要能产生THz频率的磁进动，从而能够产生振荡信号；第二，需要能够产生磁电阻，从而能够输出具有可测量到的强度的振荡信号。

本发明人发现，反铁磁材料一般具有高达THz的共振响应。反铁磁材料的共振频率可以通过下面的公式(1)来计算：

$\mathrm{\&omega;}={\mathrm{\&gamma;\&mu;}}_0{\left[H_a(H_a+{2H}_{\mathrm{ex}})\right]}^{\frac{1}{2}}---\left(1\right)$

其中ω是角速度，γ是回磁比，Ha为各向异性场，Hex为交换场。因此，反铁磁材料的共振频率非常高，一般在10²-10³GHz的范围。也就是说，反铁磁材料能够提供高达THz频率的磁进动。

反铁磁材料在奈尔温度以下是磁有序的，这点与铁磁材料类似。不同的是，反铁磁材料中的磁矩反平行排列，这不同于铁磁材料中的平行排列。因此，反铁磁体的净磁矩为零。尽管反铁磁体的宏观净磁矩为零，但外加电流仍然能够在原子尺度上诱导出自旋极化。而且这种自旋极化同样能够从反铁磁体中注入到非磁材料中。此外，由反铁磁金属材料构成的自旋阀中参考层和自由层的磁有序夹角发生变化时，同样可以观测到电阻变化。例如，对于基于无序γ相IrMn合金的IrMn(0.84nm)/Cu(0.42nm)/IrMn(0.42nm)/Cu(0.42nm)(111)反铁磁自旋阀，当电流平行于平面时，测量到大约7.7％的巨磁电阻；当电流垂直于平面时，巨磁电阻为大约3.4％。因此，反铁磁材料也满足上述第二个条件，即能产生磁电阻。

因此，本发明人尝试将反铁磁材料用于自旋微波振荡器。由于反铁磁材料中的磁矩是反平行排列的，不同于铁磁材料中的平行排列，因此对基于反铁磁材料的自旋纳米振荡器的多层结构也进行了一定的变化。结果，本发明的基于反铁磁材料的自旋振荡器实现了100GHz以上，甚至高达THz级别的超高输出频率。下面将参照附图来描述本发明的实施例。

图1是根据本发明一实施例的自旋微波振荡器100的示意性电路图。如图1所示，自旋微波振荡器100可包括磁性多层膜结构110，直流偏置结构120以及放大器130。

磁性多层膜结构110可以是根据本发明的用于产生微波振荡信号的磁性多层膜结构，其具体结构将在下面更详细地描述。直流偏置结构120可以是例如直流电流源，其将直流电流施加到磁性多层膜结构110上。自旋微波振荡器100还可以包括电感器122，其可以连接在直流电流源120和磁性多层膜结构110之间以起到阻抗匹配的作用。在直流电流的激励下，磁性多层膜结构110可以产生超高频微波振荡信号。由于磁性多层膜结构110产生的微波振荡信号的输出功率一般较低，例如在微瓦量级，自旋微波振荡器100还可以包括放大器130以对所产生的微波振荡信号进行放大。电容器132可以连接在磁性多层膜结构110和放大器130之间以滤除直流信号，而仅交变信号(即，微波振荡信号)被馈送到放大器130以进行放大。

图2示出根据本发明一实施例的磁性多层膜结构200，其可以用于图1所示的自旋微波振荡器100中的磁性多层膜结构110。如图2所示，磁性多层膜结构200可包括依次沉积在衬底210上的第一电极层202、间隔层204、反铁磁进动层206以及第二电极层208。应理解的是，图2仅是示意图，各个层可能不是按比例绘制的。

衬底201可以是例如绝缘衬底，其可以由诸如SiO₂、MgO、Al₂O₃、SrTiO₃、LaAlO₃之类的绝缘体形成，或者可以是覆盖有绝缘层的半导体衬底，例如Si/SiO₂衬底等。本领域技术人员可以理解的是，衬底201的材料不限于此，而是可以选用本领域常用的那些衬底材料，此处不再赘述。

第一电极层202和第二电极层208可以由具有良好导电性的金属制成。可用于形成第一电极层202和第二电极层208的导电金属的示例包括但不限于Cu、Ag、Au、Ta、Ru、Al以及它们的合金等。此外，第一电极层202还可以用作缓冲层，从而为在其上沉积间隔层204提供晶格匹配的平面。第一电极层202的材料还可以根据在其上沉积的间隔层204的晶格常数来进行选择。第二电极层208还可以用作保护层，以防止其下的层受到湿汽和氧气等的侵蚀。就耐侵蚀而言，Ta和Ru是优选的。第一电极层202和第二电极层208的厚度并无特殊限制，一般可以在1nm至1mm的范围，优选为在10nm至100nm的范围。

间隔层204形成在第一电极层202上，并且第一电极层202与反铁磁进动层206分隔开。间隔层204可以是导电层，优选为非磁导电层，诸如常用于巨磁电阻(GMR)自旋阀结构的那些，或者是绝缘层，优选为非磁绝缘层，诸如常用于TMR隧道结结构的那些。非磁导电层的示例包括但不限于Ru、Cu、Ag、Au、Pt、Cr、Al、Zn、Pd、Zr、Ti、Sc等，或者它们的混合物。非磁绝缘层的示例包括但不限于Al₂O₃、AlN、MgO、Ta₂O₅、HfO₂等。为了产生微波振荡信号，间隔层204的厚度应足够薄，一般小于50nm，优选小于20nm。对于非磁导电层，其厚度优选为在0.5-10nm的范围；对于非磁绝缘层，其厚度优选为在0.3-5nm的范围。

反铁磁进动层206形成在间隔层204上。不同于常规的自旋微波振荡器，本发明的进动层由反铁磁材料形成。可用于反铁磁进动层206的材料的示例包括但不限于MnO、NiO、CoO、IrMn、FeMn、PtMn、CrMn、PdMn、PdPtMn、CrPtMn、PdCrO₂、MnCO₃、MnF₂、FeF₂等。反铁磁进动层206的厚度可以在1-100nm的范围，优选地在1-50nm的范围，更优选地在2-15nm的范围。

如前所述，反铁磁材料一般具有高达THz级别的磁响应。例如，实验表明NiO的共振频率高达1.07THz。而且，当电流流过反铁磁体时，同样可以诱发自旋转矩效应。由于反铁磁体的净磁矩为零，所以与铁磁体相比，操作反铁磁体的磁矩所需的电流要小得多。所以，能用更小的电流来实现基于反铁磁体的自旋微波振荡器。

继续参照图2，可以看出，与常规的GMR自旋阀结构和TMR隧道结结构均不同，间隔层204两侧并非都是磁层。在图2所示的示例中，间隔层204的一个重要作用是调节电阻，从而使得输出的振荡信号足够大。例如，当反铁磁进动层206由金属或合金制成时，间隔层204可以是绝缘势垒层。如果间隔层204也是金属层，那么多层结构的电阻非常小，进动导致的电阻变化不明显，进而输出的振荡信号小。相反，当反铁磁进动层206本身由具有较大电阻的反铁磁材料诸如MnO、NiO、CoO、PdCrO₂、MnCO₃、MnF₂、FeF₂等形成时，间隔层204可以由普通金属形成，或者间隔层204可以被省略。

虽然图2仅示出了一个间隔层204和一个反铁磁进动层206，但是应理解，磁性多层膜结构200可以包括多个间隔层204和多个反铁磁进动层206的交替层叠结构。

还应注意的是，本说明书中的空间相对关系术语，诸如“在...上”仅是相对而言的。例如，图2示出了间隔层204在第一电极层202上，反铁磁进动层206在间隔层204上。应理解，这也涵盖间隔层204在反铁磁进动层206上，第一电极层202在间隔层204上的情况。

图3示出另一实施例的磁性多层膜结构300，其可以用于图1所示的自旋微波振荡器100中的磁性多层膜结构110。如图3所示，磁性多层膜结构300可包括依次沉积在衬底210上的第一电极层202、间隔层204、反铁磁进动层206、铁磁层302以及第二电极层208。在图3中，与图2类似的元件用相同的附图标记指示，此处不再赘述。

如图3所示，与图2相比，图3的磁性多层膜结构300还包括设置在反铁磁进动层206上的铁磁层302。铁磁层302可以由铁磁材料形成，包括但不限于诸如Fe、Co、Ni、Pr、Nd、Sm、Gd、Te、Dy之类的金属，诸如CoFe、CoFeB、CoFeSi、CoFeNi、CoFeAl、CoFeSiAl、CoFeNiAl、CoFeSiB、CoFeNiB、CoFeSiAl、CoFeNiAl、NdFeB、NiFe、GdY、MnGa、MnRuGa、MnAl、MnCr、FePt、CoPt、CoCr、SmCo、FeCr、CoCrPt、FeCrPt、FeCoCr之类的合金，诸如Fe₃O₄、CrO₂、La_1-xSr_xMnO₃(0.16<x<1.0)、La_1-xCa_xMnO₃(0.18<x<0.5)、Pr_1-xSr_xMnO₃(0.3<x<1.0)、Co₂MnSi之类的半金属材料，以及诸如Fe、Co、Ni、V或Mn掺杂的ZnO、TiO₂、HfO₂或SnO₂和Fe、Co、Ni、V或Mn掺杂的GaAs、InAs、GaN或ZnTe之类的磁性半导体材料。铁磁层302可以由上述材料的单层形成，亦可以由叠层材料形成，例如(Co/Pt)_n、(Co/Pd)_n、(Co/Ni)_n，其中n可以是大于等于1的正整数。铁磁层302的厚度可以在1-100nm之间，优选在1-10nm之间。

在图3的实施例中，反铁磁进动层206和铁磁层302均设置在间隔层204的一侧，形成单电极GMR或TMR结构。虽然图3仅示出了一个反铁磁进动层206和一个铁磁层302，但是应理解，磁性多层膜结构300可以包括多个反铁磁进动层206和多个铁磁层302的交替层叠结构。

图4示出另一实施例的磁性多层膜结构400，其可以用于图1所示的自旋微波振荡器100中的磁性多层膜结构110。如图4所示，磁性多层膜结构400可包括依次沉积在衬底210上的第一电极层202、铁磁层402、间隔层204、反铁磁进动层206以及第二电极层208。在图4中，与图2类似的元件用相同的附图标记指示，此处不再赘述。

如图4所示，铁磁层402和反铁磁进动层206分别设置在间隔层204两侧，形成GMR自旋阀结构(当间隔层204为导电层时)或TMR隧道结结构(当间隔层204为绝缘层时)。铁磁层402的材料可以选自上述用于形成铁磁层302的材料，此处不再赘述。铁磁层402的厚度可以在1-100nm之间，优选在1-10nm之间。

虽然图4仅示出了一个铁磁层402、间隔层204和反铁磁进动层206的层叠结构，但是应理解，磁性多层膜结构400可以包括多个这样的层叠结构。

图5示出另一实施例的磁性多层膜结构500，其可以用于图1所示的自旋微波振荡器100中的磁性多层膜结构110。如图5所示，磁性多层膜结构500可包括依次沉积在衬底210上的第一电极层202、第一铁磁层402、间隔层204、反铁磁进动层206、第二铁磁层302以及第二电极层208。

可以看出，图5所示的磁性多层膜结构500类似于图3所示的磁性多层膜结构300和图4所示的磁性多层膜结构400，只是磁性多层膜结构500包括磁性多层膜结构300中的铁磁层302和磁性多层膜结构400中的铁磁层402二者。鉴于图5所示的各个层在上面均已详细描述，此处不再赘述。

此外，虽然图5仅示出了一个反铁磁进动层206和第二铁磁层302，但是类似于图3所示的实施例，磁性多层膜结构500可以包括多个反铁磁进动层206和多个第二铁磁层302的交替层叠结构。

图6示出另一实施例的磁性多层膜结构600，其可以用于图1所示的自旋微波振荡器100中的磁性多层膜结构110。如图6所示，磁性多层膜结构600可包括依次沉积在衬底210上的第一电极层202、间隔层204、第一铁磁层602、反铁磁进动层206、第二铁磁层302以及第二电极层208。可以看出，磁性多层膜结构600与图3所示的磁性多层膜结构300相比，结构基本相同，只是在间隔层204与反铁磁进动层206之间还设置了第一铁磁层602。第一铁磁层602的材料和厚度可以类似于结合图3所描述的铁磁层302，此处不再赘述。此外，类似于图3所示的多层膜结构300，磁性多层膜结构600也可以包括多个反铁磁进动层206和多个第二铁磁层302的交替层叠结构。

图7示出另一实施例的磁性多层膜结构700，其可以用于图1所示的自旋微波振荡器100中的磁性多层膜结构110。如图7所示，磁性多层膜结构700可包括依次沉积在衬底210上的第一电极层702、第一铁磁层704、第一反铁磁进动层706、间隔层708、第二反铁磁进动层710、第二铁磁层712和第二电极层714。

磁性多层膜结构700具有在间隔层708两侧均为反铁磁层的结构，因此可视为基于反铁磁层的自旋阀或隧道结结构。在一变型例中，第一铁磁层704和第二铁磁层712可被省略。

类似地，磁性多层膜结构700也可以包括第一铁磁层704和第一反铁磁进动层706的多个重复层叠结构，以及第二反铁磁进动层710和第二铁磁层712的多个重复层叠结构。各个层地材料已经在上面得到了详细的描述，此处不再赘述。

上面描述了本发明的基于反铁磁进动层的自旋微波振荡器的各种实施例。如前所述，基于反铁磁进动层的自旋微波振荡器能产生超高频率的输出信号，输出频率可以在100GHz以上，甚至高达THz的级别。图8示出图2所示的多层膜结构200的输出信号的频域特性。该多层膜结构的具体结构为Si/SiO₂衬底上依次沉积Cu(10nm)/MgO(1nm)/MnF₂(4nm)/Cu(4nm)/Ta(6nm)。如图8所示，该结构的振荡输出信号的频率大约为247GHz，其远高于传统的基于软铁磁进动层的自旋微波振荡器。

虽然上面参照示范性实施例描述了本发明，但是本发明不限于此。本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围和思想的情况下，可以进行形式和细节上的各种变化和修改。本发明的范围仅由所附权利要求及其等价物定义。

Claims (10)

1.一种自旋微波振荡器，包括磁性多层膜结构，所述磁性多层膜结构在直流偏置下产生微波振荡信号，所述磁性多层膜结构包括：

设置在衬底上的第一电极层，所述第一电极层由导电金属制成；

设置在所述第一电极层上的第一反铁磁进动层，所述第一反铁磁进动层由反铁磁材料制成；以及

设置在所述第一反铁磁进动层上的第二电极层，所述第二电极层由导电金属制成。

2.如权利要求1所述的自旋微波振荡器，还包括设置在所述第一电极层和所述第一反铁磁进动层之间的间隔层，所述间隔层由金属或绝缘体制成。

3.如权利要求2所述的自旋微波振荡器，还包括设置在所述第一电极层和所述间隔层之间的第一铁磁层，所述第一铁磁层由铁磁材料制成。

4.如权利要求3所述的自旋微波振荡器，还包括设置在所述第一反铁磁进动层和所述第二电极层之间的第二铁磁层，所述第二铁磁层由铁磁材料制成。

5.如权利要求2所述的自旋微波振荡器，还包括设置在所述第一反铁磁进动层和所述第二电极层之间的第一铁磁层，所述第一铁磁层由铁磁材料制成。

6.如权利要求5所述的自旋微波振荡器，还包括设置在所述第一反铁磁进动层和所述间隔层之间的第二铁磁层，所述第二铁磁层由铁磁材料制成。

7.如权利要求2所述的自旋微波振荡器，还包括设置在所述第一电极层和所述第一间隔层之间的第二反铁磁进动层，所述第二反铁磁进动层由反铁磁材料制成。

8.如权利要求7所述的自旋微波振荡器，还包括：

设置在所述第一电极层和所述第二反铁磁进动层之间的第一铁磁层，所述第一铁磁层由铁磁材料形成；以及

设置在所述第二电极层和所述第一反铁磁进动层之间的第二铁磁层，所述第二铁磁层由铁磁材料形成。

9.如权利要求1-8中的任一项所述的自旋微波振荡器，其中所述反铁磁材料选自包括如下材料的组：MnO、NiO、CoO、IrMn、FeMn、PtMn、CrMn、PdMn、PdPtMn、CrPtMn、PdCrO₂、MnCO₃、MnF₂、FeF₂。

10.如权利要求1-8中的任一项所述的自旋微波振荡器，其中所述铁磁材料选自包括如下材料的组：(Co/Pt)_n、(Co/Pd)_n、(Co/Ni)_n、Fe、Co、Ni、Pr、Nd、Sm、Gd、Te、Dy，CoFe、CoFeB、CoFeSi、CoFeNi、CoFeAl、CoFeSiAl、CoFeNiAl、CoFeSiB、CoFeNiB、NdFeB、NiFe、GdY、MnGa、MnRuGa、MnAl、MnCr、FePt、CoPt、CoCr、SmCo、FeCr、CoCrPt、FeCrPt、FeCoCr、Fe₃O₄、CrO₂、La_1-xSr_xMnO₃(0.16<x<1.0)、La_1-xCa_xMnO₃(0.18<x<0.5)、Pr_1-xSr_xMnO₃(0.3<x<1.0)、Co₂MnSi，用Fe、Co、Ni、V或Mn掺杂的ZnO、TiO₂、HfO₂和SnO₂，用Fe、Co、Ni、V或Mn掺杂的GaAs、InAs、GaN和ZnTe，其中n是大于等于1的正整数。