CN111969954A - 一种基于滤波器的自旋纳米振荡器同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于滤波器的自旋纳米振荡器同步方法，包括磁性薄膜组成的耦合薄膜和位于耦合薄膜之上的非磁性重金属薄膜，至少两组以上所述自旋纳米振荡器以并联的形式连接并在所述自旋纳米振荡器的信号输出端设置带通滤波器，将多个所述自旋纳米振荡器发射出的信号进行滤波，所述带通滤波器的输出端通过电磁线圈产生平行于自旋纳米振荡器固定层磁矩的磁场，通过该磁场对分别对所述自旋纳米振荡器产生反馈作用，实现多个自旋纳米振荡器的同步。本发明通过设置滤波器可以对不同频率的信号产生稳定的相移，不需要产生很强的反馈磁场即可使自旋纳米振荡器同步，由于相移对于同步的影响较大，产生稳定的相移可以极大的降低热噪声的影响。

Description

一种基于滤波器的自旋纳米振荡器同步方法
技术领域
本发明涉及滤波振荡同步领域，具体地说，是涉及一种基于滤波器的自旋纳米振荡器同步方法。
背景技术
自旋纳米振荡器的同步是指，两个或多个自旋纳米振荡器通过自旋波、电流、电压和磁场等方式相互耦合，使得它们发出的信号频率相同，相位差固定。由于单个STNO输出的信号功率很低，并且受到热噪声的影响，为了达到实用的要求同步是一种比较好的解决方式。
现有技术中为了研究N个电耦合振荡器的特性，首先要引入的是器件的差异，器件的差异分为两类，一类是器件本身参数的差异，另一类是初始条件的差异。器件差异主要有各向异性场、退磁场和磁电阻比的差异，根据研究这些不同种类的差异可以得到类似的结果。初始条件的差异主要是通过服从均匀分布的初始角度引入，研究发现初始角度的变化并不会妨碍同步。在实际的实验装置中，自旋转移引起的电阻变化与电流变化之间可能存在延迟，所以在仿真时需要加入一定的相移。考虑热噪声，如果考虑热噪声理论需要的χ值较大，一般的器件很难达到要求。由于电阻变化和电流变化之间的延迟,对于同步的影响较大，但是该研究并没有给出稳定提供相移的方法。在热噪声情况下，STNO无法有效同步。
因此，开发一种基于滤波器的自旋纳米振荡器同步方法仍然是迫切需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于滤波器的自旋纳米振荡器同步方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明包括自旋纳米振荡器，至少两组以上所述自旋纳米振荡器以并联的形式连接并在所述自旋纳米振荡器的信号输出端设置带通滤波器，将多个所述自旋纳米振荡器发射出的信号进行滤波，所述带通滤波器的输出端通过电磁线圈产生平行于自旋纳米振荡器固定层磁矩的磁场，通过该磁场对分别对所述自旋纳米振荡器产生反馈作用，实现多个自旋纳米振荡器的同步。
进一步地，所述带通滤波器的通带宽度一般在20-200M范围内。
进一步地，多个所述自旋纳米振荡器的耦合薄膜中的磁性薄膜具有两种以上的饱和磁化强度，或者具有两种以上的有效磁各向异性场，在任意一个偏置磁场下，均具有两个以上的振荡频谱。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明不需要产生很强的反馈磁场即可使STNO同步，根据注入锁定原理，信号功率谱密度的半高宽除了与注入锁定信号的信噪比有关外，还跟注入信号的强度有关，该方法使用的带通滤波器的通带越窄，则需要的反馈磁场越小。
2.该发明中滤波器可以对不同频率的信号产生稳定的相移，由于相移对于同步的影响较大，产生稳定的相移可以极大的降低热噪声的影响。
附图说明
图1为注入信号信噪比与STNO信号功率谱密度的关系示意图；
图2为基于滤波器的自旋纳米振荡器同步连接示意图；
图3为本发明与对比实施例的滤波器对器件同步的效果示意图；
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
本发明包括自旋纳米振荡器，所述自旋纳米振荡器包括磁性薄膜组成的耦合薄膜和位于耦合薄膜之上的非磁性重金属薄膜，其特征在于，至少两组以上所述自旋纳米振荡器以并联的形式连接并在所述自旋纳米振荡器的信号输出端设置带通滤波器，将多个所述自旋纳米振荡器发射出的信号进行滤波，所述带通滤波器的输出端通过电磁线圈产生平行于自旋纳米振荡器固定层磁矩的磁场，通过该磁场对分别对所述自旋纳米振荡器产生反馈作用，实现多个自旋纳米振荡器的同步。
所述带通滤波器的通带宽度一般在20-200M范围内。滤波器的通带以STNO不加热噪声时的发射频率为中心，通带宽度越窄则同步效果越好。
多个所述自旋纳米振荡器的耦合薄膜中的磁性薄膜具有两种以上的饱和磁化强度，或者具有两种以上的有效磁各向异性场，在任意一个偏置磁场下，均具有两个以上的振荡频谱。
磁性隧道结由自由层、隔离层和固定层组成，自由层和固定层一般为铁磁性材料，隔离层为非磁性材料。自由层一般较固定层更薄，所以外界磁场或电流改变时，自由层磁矩会发生变化，而固定层磁矩不变。自由层磁矩与固定层磁矩方向夹角发生变化时，磁性隧道结的电阻也会发生改变，一般平行时电阻较小，反平行时电阻较大。
直流电通过磁性隧道结时，由于自旋转移力矩效应(STT)效应，自由层磁矩会发生周期性变化，电阻也会因此发生周期性改变，MTJ两端可测得交变的电压信号。不考虑热噪声时，信号的频率与直流电大小等比下降，
注入锁定现象是指给STNO一个交变的信号(电流、电压或磁场的形式)，如果该信号的频率在一定的范围内，则可改变STNO的振荡频率。
以电流为例，给STNO的信号如下：
I＝I0[1+χcos(ωt)]
其中I0为加在STNO的直流电，cos(ωt)是交流信号，χ为注入锁定的系数为0.05-0.1，ω是交流信号的频率，该频率在一定的范围内可以改变STNO的振荡频率为注入锁定的范围，注入锁定的范围与注入锁定的形式(电流、电压或磁场)和注入锁定系数有关，锁定范围是确定同步特性的一个基本量，对于给定的耦合形式，锁定范围的宽度很好地指示在给定系统配置中是否可以同步。
在考虑热噪声时，器件信号的功率谱密度半高宽达到600-800M左右，运用注入锁定原理，注入信号加入一定量的噪声，注入信号的信噪比越大，则器件发射出的信号半高宽就越小，结果如图1所示。
在本实施例子中，本发明所采用的连接方式如图2所示(这里以磁耦合为例，电流和电压耦合能达到同样的目的)，如果将多个器件发射出的信号加在一起进行滤波，通过电磁线圈产生平行于STNO固定层磁矩的磁场，通过该磁场对STNO产生反馈作用，则可以实现多个STNO的同步。
如图3所示，在对比实施例中去除滤波器，则不能同步，信号半高宽较大，加入滤波器可使半高宽变窄。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于滤波器的自旋纳米振荡器同步方法，包括自旋纳米振荡器，其特征在于，至少两组以上所述自旋纳米振荡器以并联的形式连接并在所述自旋纳米振荡器的信号输出端设置带通滤波器，将多个所述自旋纳米振荡器发射出的信号进行滤波，所述带通滤波器的输出端通过电磁线圈产生平行于自旋纳米振荡器固定层磁矩的磁场，通过该磁场对分别对所述自旋纳米振荡器产生反馈作用，实现多个自旋纳米振荡器的同步。
2.如权利要求1所述基于滤波器的自旋纳米振荡器同步方法，其特征在于，所述带通滤波器的通带宽度一般在20-200M范围内。
3.如权利要求1所述基于滤波器的自旋纳米振荡器同步方法，其特征在于，多个所述自旋纳米振荡器的耦合薄膜中的磁性薄膜具有两种以上的饱和磁化强度，或者具有两种以上的有效磁各向异性场，在任意一个偏置磁场下，均具有两个以上的振荡频谱。
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US20120075752A1 (en) * 2010-09-28 2012-03-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic head
CN106463610A (zh) * 2014-06-18 2017-02-22 英特尔公司 具有可调强度的耦合自旋霍尔纳米振荡器
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钟智勇 王棋 金立川 唐晓莉 白飞明 张怀武: "自旋转矩纳米振荡器的研究进展", 《真空电子技术》 *

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