EP3077833A1 - Analog spectrum analyser - Google Patents

Analog spectrum analyser

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Publication number
EP3077833A1
EP3077833A1 EP14806643.4A EP14806643A EP3077833A1 EP 3077833 A1 EP3077833 A1 EP 3077833A1 EP 14806643 A EP14806643 A EP 14806643A EP 3077833 A1 EP3077833 A1 EP 3077833A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic
connection
signal
lower electrode
entities
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14806643.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Julien KERMORVANT
Paolo Bortolotti
Bruno Marcilhac
Jean-Claude Mage
Vincent Cros
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Thales SA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Thales SA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP3077833A1 publication Critical patent/EP3077833A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G01R23/163Spectrum analysis; Fourier analysis adapted for measuring in circuits having distributed constants
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G01R23/165Spectrum analysis; Fourier analysis using filters

Definitions

  • the subject of the invention relates to an integrated spectral analyzer of radiofrequency signals.
  • the analyzer can be used to determine the availability or occupancy of a frequency or band of frequencies over a given frequency spectrum.
  • the invention applies for example for frequency ranges ranging from a few tens of MHz up to a few GHz.
  • the applicant's current radiocommunication and spectrum control protocols increasingly require real-time knowledge of the state of occupancy of the frequency bands, in order to effectively manage the allocation of frequency bands for users and in case of unauthorized presence to locate it.
  • Magnetic stack structures for example spin valves or tunneling metal junctions
  • This characteristic variation is used to perform real-time detection and / or spectral analysis of a given frequency range.
  • These magnetic structures are in the form of a multilayer stack manufactured in the form of nano pillars, in the following "junction".
  • Four representative examples of magnetic structures applied to frequency detection are detailed in patent applications: WO2006101040, US20130099339, US20080180085 and EP2515130.
  • the magnetic devices proposed by the prior art only allow frequency detection above 1 GHz and with a modest resolution due to the resonance mode used (resonance mode related to a quasi-uniform magnetization).
  • the proposed devices are not compatible with instant broadband spectral analysis. Indeed, to cover wide bands with a single detection element, it is necessary to apply a variable magnetic field or a variable electric current over a wide range, the detection then being carried out by scanning in a non-instantaneous manner.
  • To operate the device requires the application of a different magnetic field on each loot. This field is then applied via a structure of "YOKE" type known to those skilled in the art, making the realization extremely complex.
  • YOKE a structure of "YOKE" type known to those skilled in the art
  • the idea of the present invention is a new approach that relies on the use of a network of magnetic structures presenting a specific resonance mode, associated with a non-uniform magnetic configuration.
  • this resonance mode is the "gyrotropic mode of the vortex core", at most simply "vortex mode” which makes it possible to associate the oscillation frequency of a magnetic structure with its geometry .
  • the subject of the invention relates to a spectrum analyzer of an RF signal comprising several frequencies f, characterized in that it comprises N entities each consisting of a structure formed of a stack of magnetic and non-magnetic layers, having in at least one of the magnetic layers a vortex-shaped magnetic configuration, the excitation modes of said magnetic configuration being adapted to detect in real time the frequencies contained in an incident signal, each entity having a first lower electrode and a second upper electrode, a device adapted to measure a voltage representative of the presence of a frequency f k in the analyzed signal RF, the voltage measuring device being connected to the lower electrode and to the upper electrode, a device measurement processing adapted to determine the value of the frequencies fk present in the signal I RF, a line bringing the sig to analyze at each of the entities.
  • the spectrum analyzer is characterized in that the said entities are arranged in parallel, a transmission line bringing the signal to be analyzed to a RF divider adapted to divide the RF power of the signal to be analyzed and distributing the signal over N transmission sub-lines, each sub-line being connected to a connection circuit connecting the upper electrode to the voltage measuring device adapted to measure the value V n of the voltage between the lower electrode and the upper electrode, the lower electrode being connected to a mass point common to all the entities and to the voltage measuring device.
  • said entities are arranged in series, the first entity is connected to the voltage measuring device and to the injection circuit via a connection circuit, the electrode upper is connected to the connecting circuit by means of connecting wire, the lower electrode is connected to the voltage measuring device by means of connection wires, a transmission line brings the RF signal to the first connection circuit, a point node on the connection line enables the polarization and measurement circuit to be connected to the lower electrode and to a connection circuit of a next entity, the entity being connected to the voltage measuring device by means of a connection circuit at its upper electrode and a line having a nodal point at its lower electrode, the nodal point being connected with the connecting circuit of the next entity, this up to the last entity.
  • the analyzer is characterized in that the entities are arranged in parallel, the upper electrode being connected to the voltage measuring device adapted to measure the value of the voltage V n between the lower electrode and the upper electrode, the lower electrode being connected to a mass point common to all the entities, a radiating magnetic line for inductively coupling the RF signal to the detector at each of the entities.
  • the voltage measuring device also consists of N lines making it possible to inject a direct current l n between the nodal points respectively connected to the lower electrode and to the upper electrode of the entity and allowing to vary the frequency that the entities are able to detect by measuring the value of the voltage V n between the lower electrode and the upper electrode, the node is connected via a first connection wire to a first inductor , connected in turn connected to a second lead wire via the lead wire, a second node is connected via a second lead wire to a second inductor in turn connected to the lead wire via another lead wire.
  • the voltage measuring device may also consist of a current source connected by a main connection to a device division adapted to divide the current and distribute it over N sub-lines connections, each sub-line is connected to a node.
  • the entities are, for example, pillar-shaped devices having a structure selected from the following list:
  • a stack consisting of: a lower electrode, a synthetic multilayer of SyntheticAntiFerromagnet (SAF) type, a non-magnetic intermediate layer, an active layer containing a magnetic vortex and a top electrode,
  • SAF SyntheticAntiFerromagnet
  • a stack consisting of a lower electrode, a magnetic multilayer of the SyntheticAntiFerromagnet (SAF) type, a non-magnetic intermediate layer, an active layer containing a magnetic vortex, a second non-magnetic intermediate layer, a perpendicular magnetic polarizer and a top electrode,
  • SAF SyntheticAntiFerromagnet
  • a stack consisting of: a lower electrode, a first active layer containing a magnetic vortex, a magnetic intermediate layer, a second active layer containing a vortex and an upper electrode, and
  • a stack comprising: a lower electrode, a synthetic multilayer of the SyntheticAntiFerromagnet (SAF) type, a non-magnetic intermediate layer, a first active layer containing a magnetic vortex, and a second non-magnetic intermediate layer; , a second active layer containing a magnetic vortex and a top electrode.
  • SAF SyntheticAntiFerromagnet
  • the analyzer may comprise a voltmeter for measuring the voltage V n at the terminals of each entity and the processing device is, for example, made up of N comparators of the values V n at a threshold value.
  • An entity can have an ellipsoidal, square or rectangular shape.
  • the spectrum analyzer may comprise several entities or circular junctions having different and variable diameters between 50 nm to 1 ⁇ to adjust the frequency over a range of frequencies typically between 30 MHz and 2GHz.
  • the entities have a structure or an operating mode adapted to produce a magnetic configuration corresponding to a magnetic vortex without a core also called C-state.
  • FIGS. 1A and 1B a junction illustration used to implement the invention
  • FIG. 2 a first device diagram according to the invention for which the elements are arranged in parallel with direct electrical coupling by a transmission line
  • FIG. 3 a second example of a device for which the elements are arranged in series with direct electrical coupling by transmission line
  • FIG. 4 a third example for which the elements are excited by magnetic coupling by means of an inductive line
  • FIG. 5 an exemplary embodiment for the device for polarization and measurement.
  • FIGS. 1A and 1B show an example of a basic brick for the implementation of the invention: a spintronic device having a vortex configuration, ie, "vortex junction".
  • This junction is constructed from a cylindrical stack of at least two ferromagnetic thin layers 1, 2 separated by an intermediate layer 3 (can be metallic or insulating).
  • an intermediate layer 3 can be metallic or insulating.
  • a circular cylinder Without departing from the scope of the invention, it is possible to use other shapes, for example an elliptical cylinder.
  • the active layer For at least one of the two magnetic layers, called the "active layer” corresponding to the upper layer 1 of FIG.
  • the ground state or remanent magnetic configuration is characterized by a non-uniform magnetization, for example a "vortex configuration” or a “C-state” configuration, known to those skilled in the art.
  • a non-uniform magnetization for example a "vortex configuration” or a "C-state” configuration, known to those skilled in the art.
  • the thickness of the active layer is denoted h and its diameter ⁇ .
  • the second magnetic layer, lower layer 2 is called "trapped" and is characterized by a uniform magnetization.
  • the materials envisaged for producing the magnetic layers 1 and 2 may be, for example, Fe iron, cobalt Co, nickel Ni, alloys comprising at least one of these elements (CoFeB for example) and also Heusler alloys. .
  • the thickness of each layer can vary between 0.5 and 40 nm.
  • insulating materials such as MgO with a thickness of about 1 nm or metal layers such as Au gold or Cu copper, or Ruthenium Ru whose thicknesses may vary. from 1 to 10 nm.
  • Each layer may consist of a stack of sub-layers in order to improve the magnetic characteristics of the object under consideration.
  • the trapped layer may be a so-called synthetic antiferromagnetic layer (known by the acronym "SAF"), ie, formed by a stack of an antiferromagnetic layer of IrMn or PtMn of 10 nm, for example, a layer of ferromagnetic materials in direct contact with the antiferromagnetic layer, 2.5 nm of CoFeB for example, and a last magnetic layer, for example 3 nm of CoFeB, separated by a layer of non-magnetic materials, 0.85 nm of Ru, for example.
  • SAF synthetic antiferromagnetic layer
  • This junction also comprises on each of its faces, so-called electrical contact layers (upper and lower electrodes), not shown in FIG. 1, making it possible to electrically connect the junction to a source of current at the voltage in order to circulate a current. electrons through the junction and / or to a device for measuring the voltage such as a voltmeter or an ammeter.
  • electrical contact layers upper and lower electrodes
  • the analyzer structure may include a plurality of pillar-shaped entities (20 n ) having a structure selected from the following list:
  • a stack consisting of: a lower electrode, a synthetic multilayer of the SyntheticAntiFerromagnet (SAF) type, a non-magnetic intermediate layer, an active layer containing a magnetic vortex and a top electrode,
  • SAF SyntheticAntiFerromagnet
  • a stack consisting of a lower electrode, a magnetic multilayer of SyntheticAntiFerromagnet (SAF) type, a non-magnetic intermediate layer, an active layer containing a magnetic vortex, a second non-magnetic intermediate layer, a perpendicular magnetic polarizer and a top electrode;
  • SAF SyntheticAntiFerromagnet
  • a stack consisting of: a lower electrode, a first active layer containing a magnetic vortex, a magnetic intermediate layer, a second active layer containing a vortex and an upper electrode, and
  • a stack consisting of: a lower electrode, a synthetic multilayer of the SyntheticAntiFerromagnet (SAF) type, a non-magnetic intermediate layer, a first layer; magnetic vortex containing active material, a second nonmagnetic intermediate layer, a second active layer containing a magnetic vortex and a top electrode.
  • SAF SyntheticAntiFerromagnet
  • the upper electrode is formed by 7 nm of Ta, 6 nm of Ru, 5 nm of Cr and 200 nm of Au
  • the electrode lower is formed of 3 nm Ta and 2 nm Ru.
  • the electrodes are obtained by several steps of micro / nanomanufacture according to a technique known to those skilled in the art and described for example in the patent application US20080150643.
  • An important geometric parameter for defining the radiofrequency properties of the junction is its diameter; it may vary, for example, between a few tens of nanometers and a few microns, while the total thickness may be of the order of a few tens of nanometers.
  • all the layers of the junction (except the electrodes) have the same diameter ⁇ as that of the active layer.
  • the diameter of the junction is not constant over its entire height.
  • the junction is deposited on a substrate, for example of SiO 2 type.
  • the vortex If no external force acts on the active layer, the vortex is stable in its equilibrium position (usually at the center of the disk, Fig. 1 A). If a spin-polarized electric current is injected through the junction, thanks to the spin-transfer phenomenon, the magnetic vortex core can be gyrated around its equilibrium position ( Figure 1B).
  • the frequency of gyration is determined by the geometrical parameters and the materials used. For example, if one considers a circular layer of NiFe with a diameter of 500 nm and a thickness of 5 nm, the frequency of gyration will be of the order of 140 MHz.
  • this vortex magnetization dynamics is converted into an oscillation of the electrical voltage across the junction with a frequency characteristic, called "natural frequency of the junction", which depends on the thickness / diameter ratio (h / ⁇ ) of the active layer. This dependence of the oscillation frequency on the ratio (h / ⁇ ) is typical of the vortex mode.
  • a first structure called "1 Vortex Standard” consists of the following stack: a lower electrode; SAF; an intermediate layer of MgO; an active layer; an upper electrode.
  • a second structure called "1 Vortex Hybrid” includes, for example, a lower electrode, SAF, an intermediate layer of MgO, an active layer; a few nm of Cu; a perpendicular polarizer formed by a succession of sub-layers: for example [Co0.2 / Ni0.5] * 1 0; an upper electrode.
  • a third structure called "2 Vortex hybrid” is composed of a lower electrode, SAF; an intermediate layer of MgO; a first active layer; a few nm of Cu; a second active layer; of an upper electrode.
  • a fourth structure referred to as "2 standard Vortex" is composed of a lower electrode, a first active layer; intermediate layer of MgO; a second active layer; of an upper electrode.
  • a network of circular junctions whose diameter varies from 50 nm to 1 m makes it possible to adjust the frequency over a range of approximately 2 GHz to 30 MHz.
  • the resonance frequency IR of the junction is also dependent on two other parameters, namely the intensity of the direct current flowing through the piller and the perpendicular component of the magnetic field possibly applied to the latter. It is therefore possible to make a very precise adjustment of the frequency by playing on these two parameters. For example, if one of these external parameters is scanned, the frequency resolution of the detector can be improved; in addition, with this scan it is possible to extract additional information: the amplitude of the RF signal. However, this information is obtained at the cost of the loss of the "real time" character of the detection.
  • FIG. 2 illustrates a first example of a device according to the invention.
  • the device comprises N junctions or entities 20 n connected in parallel on which a signal to be analyzed by RF direct electrical coupling is injected.
  • Each junction 20 n is characterized by a specific structure, for example, that described in Figure 1 or one of the four structures described above, with a diameter ⁇ ⁇ and a thickness h n of the active layer. To this junction structure is associated a resonance frequency fr n . All the junctions are deposited on a substrate 4.
  • the lower electrode 21 n of a junction 20 n is connected via a transmission line 42 n to a mass point 41 common to all the junctions and, via a connection wire 24 ⁇ , to a measuring device 6a adapted to measure a voltage value.
  • the current that will be distributed at each junction may be continuous or alternating type.
  • the upper electrode 22 n of the junction 20 n is connected via a connection wire 23 n to a connection circuit 3 n which separates the alternating side (AC injection circuit 5 connected via a connection wire 25 n. ) and the continuous side (measurement device 6a connected via a connection wire 26 n ).
  • connection circuit 3 n comprises, for example: A connection wire 33 n which connects a junction point 30 n to the node to the upper electrode 22 n of the junction 20 n via a connection wire 23 n ,
  • connection wire 36 n which connects the node 30 n to the device 6a for measuring voltage via the connection wire 26 n ,
  • connection wire 31 n connecting the node 30 n to a first side 34 n of a capacitance 34 n ,
  • connection wire 35 n connecting the second side 34 n2 of the capacitance 34 n to the AC injection circuit 5 via the connection wire 25 n .
  • a main transmission line 53 causes the RF signal I to be analyzed 52 to a dividing device 54 or "splitter", which may be an active or passive element.
  • the splitter 54 divides the RF power of the signal to be analyzed, and distributes the I RF signal over N sub-transmission lines, 55 n .
  • Each sub-line 55 n is connected to the connection circuit 3 n via the connection wire 25 n. In this way, the RF signal to be analyzed 52 is injected on each junction 20 n, via each of the sub-lines.
  • the voltage measurement device 6a makes it possible to measure the voltage V n measured between the lower electrode and the upper electrode of each junction (sub-circuit 6 a ). It can also be used to inject DC direct current (sub-circuit 6b ). This voltage measuring device is connected to the lower electrode 21 n via the connection wire 24 n and to the connection circuit 3 n via the connection wire 26 n . Two inductances (67 n i and 67 n 2) prevent the passage of alternating current in the voltage measuring device 6a.
  • the sub-circuit 6a consists of N measuring devices 68 n each adapted to measure the voltage V n across each junction, e.g., a voltmeter.
  • the voltage V n is measured between two nodal points 60 n i and 60 n 2 respectively connected to the lower electrode and to the upper electrode of the junction.
  • the sub-circuit 6b consists of a parallel arrangement of several polarization lines 69 n each delivering a particular current intensity I n between the two nodes 60 n i and 60 n 2 connected respectively to the lower electrode (21 n ) and the upper electrode (22 n ) of the entity 20 n , and making it possible to vary the frequency that the entities (20 n ) are capable of detecting through the measurement of the value of the voltage V n between the lower electrode (21 n ) and the upper electrode (22 n)
  • the first node 60 n i is connected via a first connection wire 61 n i to a first inductor 67 n i that is connected at the connection wire 24 n via the connection wire 64 n
  • the second node 60 n 2 is connected via a second connection wire 61 P 2 to a second inductor 67 n2 which is connected to the connection wire 26 n via the wire connection 66 n .
  • a main lead wire 63 brings the current C to a splitter 69 or splitter, which may be an active or passive element.
  • the splitter 69 divides the current l dc 62 and distributes it over N 65 n connection wires.
  • Each sub-line 65 n is connected to the node 61 n via an element Z n .
  • Element Z n can be active in the passive (diodes, resistance, etc.).
  • 60 nodes n i and 60n2 are connected to the inductors 67 and 67 n n2 in the same manner of the previous example.
  • the voltage measuring sub-circuit 6 a is itself connected to a device 7 for processing the values.
  • the device 7 may be a comparator of the voltage values measured for each junction with respect to one or more reference values, threshold values, in order to determine whether a frequency fk corresponding to the resonant frequency of the junction 20 n is present in the signal being analyzed.
  • the presence of a frequency f k of the analyzed signal RF can be memorized in writing and stored in a memory and / or displayed on a screen 8.
  • Another way to proceed for the device 7 is to use a set of digital analog converters.
  • each junction [f 0 -Af, f 0 + ⁇ ] is adjusted by adjusting the thickness / diameter ratio (h / ⁇ ) of the active layer.
  • the diameter ⁇ ⁇ is, for example, adjusted so that the resonant frequencies juxtapose and thus create a frequency detection network without holes for analyzing a signal. In this way, it is possible to detect the frequencies present in an RF signal.
  • the frequency analyzer device will act in the following manner, when an RF signal to be analyzed containing, for example, three frequencies, f- ⁇ ,,, is coupled to the device, only the junctions having the appropriate structure. to resonate on these three frequencies will resound around f- ⁇ ,, so as to simultaneously give the information that the spectrum is occupied around these three frequencies.
  • the number of sub-lines 55 n is equal to the numbers of the junctions.
  • Figure 3 shows an alternative embodiment where the entities or junctions are connected in series. This arrangement allows a relative good control of sensitivity to the detriment of the ability to adapt impedance.
  • each junction 20 n of the network is connected to the connection circuit 3 n identically to that described in FIG. 2, that is to say, the upper electrode 22 n is connected to the connection circuit 3 n via the connection wire 23 n .
  • the voltage measurement circuit 6a is connected to the connection circuit 3 n via wire connection 26 n.
  • the lower electrode 21 n is connected in a different manner, as will be described below.
  • the purpose of this embodiment is to connect the junctions in series.
  • the AC injection circuit 5 is thus simplified.
  • a main transmission line 53 brings the RF signal 52 directly to the connection circuit of the first junction 3i via the connection wire 25-i.
  • Each junction in this example, is electrically separated from the other junctions.
  • each junction 20 n is connected to the next junction 20 n + i.
  • each junction there is a node 27 n which makes it possible to connect the voltage measurement circuit 6a (via the connection wire 24 n ), the lower electrode of the pillar 21 n (via the connection wire 28 n ), and the connection circuit 3 n + i of the successive junction 20 n + i (via the connection wire 25 n + 1).
  • the signal to be analyzed or the RF alternating current is injected in series in abutment, while a direct current I n is applied to each pillar and the voltage V n is measured separately.
  • FIG. 4 schematizes another possible variant embodiment for the device according to the invention.
  • the RF signal to be analyzed 52 is conveyed by a radiating magnetic coupling line 53.
  • This alternating current I RF generates an alternating field which, by inductive coupling, will act on each junction.
  • the amplitude of the alternating signal felt by the junction 20 n depends on the distance between the line 53 and the junction itself. Typical values are of the order of a few hundred nanometers.
  • the line may be below or adjacent to the junction depending on the type of junction considered.
  • the electrode The bottom 21 n of a junction 20 n is connected via a transmission line 42 n to a ground point 41 common to all the junctions and via a connecting wire 24 n to the voltage measuring device 6a.
  • the upper electrode 22 n is connected directly to the voltage measuring device 6a via the connection wire 23 n.
  • the voltage measuring device 6a, and consequently the value processing device 7 and the screen 8 with all their variants, are identical to those described in the first variant embodiment (see FIGS. 2 and 5).
  • Parallel reading of a network of magnetic junctions makes it possible to obtain instantaneous information of a range of frequencies present in an incident radiofrequency signal.
  • nano-objects in the form of a nano-sized cylindrical magnetic stack in which the resonance frequencies can be induced to effect detection the dimensions of the device are extremely small.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a spectrum analyser for a signal IRF comprising a plurality of frequencies fi characterised by comprising N entities (20n) each made up of a structure formed by a stack of magnetic and non-magnetic layers having in at least one of the magnetic layers a magnetic configuration in the shape of a vortex, the excitation modes of the magnetic configuration being suitable for detecting the frequencies contained in an incident signal in real time, each entity having a first lower electrode (21n) and a second upper electrode (22n), a voltage-measuring device (6a) suitable for measuring an electric voltage showing the presence of a frequency fk in the analysed signal IRF, the device (6a) being connected to the lower electrode (21n) and to the upper electrode (22n), a measurement-processing device (7) suitable for determining the value of the frequencies fk in the signal lRF, and a line (53) carrying the signal to be analysed to each of the entities.

Description

ANALYSEUR DE SPECTRE ANALOGIQUE  ANALOG SPECTRUM ANALYZER
L'objet de l'invention concerne un analyseur spectral intégré de signaux radiofréquences. Il permet notamment de connaître de manière instantanée ou quasi-instantanée les fréquences présentes dans un signal lRF. L'analyseur peut être utilisé pour connaître la disponibilité ou l'occupation d'une fréquence ou d'une bande des fréquences sur un spectre de fréquences donné. L'invention s'applique par exemple pour des gammes de fréquences allant de quelques dizaines de MHz jusqu'à quelques GHz. The subject of the invention relates to an integrated spectral analyzer of radiofrequency signals. In particular, it makes it possible to know instantaneously or almost instantaneously the frequencies present in an RF signal. The analyzer can be used to determine the availability or occupancy of a frequency or band of frequencies over a given frequency spectrum. The invention applies for example for frequency ranges ranging from a few tens of MHz up to a few GHz.
Les protocoles de radiocommunication et de contrôle du spectre actuels connus du demandeur nécessitent de plus en plus de connaître en temps réel l'état d'occupation des bandes de fréquences, ceci afin de gérer efficacement l'allocation des bandes de fréquences pour les utilisateurs et en cas de présence non autorisée de pouvoir le localiser. Il existe actuellement plusieurs techniques pour effectuer une analyse spectrale d'un signal radiofréquence.  The applicant's current radiocommunication and spectrum control protocols increasingly require real-time knowledge of the state of occupancy of the frequency bands, in order to effectively manage the allocation of frequency bands for users and in case of unauthorized presence to locate it. There are currently several techniques for performing spectral analysis of a radio frequency signal.
Une première façon de procéder est d'effectuer une analyse spectrale multicanaux en utilisant des bancs de filtre. Cette technique présente notamment comme inconvénient d'être complexe à mettre en œuvre sur de larges bandes. Une deuxième façon de procéder est d'effectuer une analyse spectrale analogique par banc de lignes à retard. Dans ce cas, le comptage numérique et les systèmes standards à base de lignes à retard ne fonctionnent qu'en mono-fréquence. La combinaison des deux systèmes peut être envisagée mais engendre de la complexité et de la difficulté pour bien maîtriser le concept. Une troisième alternative est de réaliser une analyse spectrale analogique par ligne à retard à prises multiples. Enfin il est aussi connu d'utiliser une technique connue sous l'expression anglo-saxonne de «Spectral Hole Burning » qui nécessite une cryogénie et qui impose l'utilisation d'équipements lourds volumineux et coûteux. D'autres techniques développées plus récemment sont basées sur des structures d'empilements magnétiques (par exemple des vannes de spin ou des jonctions métalliques à effet tunnel) dont la résistance électrique varie grâce à un effet de rectification lors de l'application d'une onde radiofréquence. Cette variation caractéristique est utilisée pour réaliser la détection en temps réel et/ou l'analyse spectrale d'une gamme de fréquence donnée. Ces structures magnétiques se présentent sous la forme d'un empilement multi couches fabriqué sous forme de nano piliers, dans la suite « jonction ». Quatre exemples représentatifs de structures magnétiques appliquées à la détection de fréquence sont détaillés dans les demandes de brevet : WO2006101040, US20130099339, US20080180085 et EP2515130. One way to do this is to perform multichannel spectral analysis using filter banks. This technique has the particular disadvantage of being complex to implement on broad bands. A second way of proceeding is to perform an analog spectral analysis by bank of delay lines. In this case, digital counting and standard delay line systems operate only in single frequency. The combination of the two systems can be considered but generates complexity and difficulty in mastering the concept. A third alternative is to perform a multi-tap delay line analog spectral analysis. Finally, it is also known to use a technique known as the Anglo-Saxon "Spectral Hole Burning" which requires cryogenics and requires the use of bulky and expensive heavy equipment. Other techniques developed more recently are based on magnetic stack structures (for example spin valves or tunneling metal junctions) whose electrical resistance varies thanks to a grinding effect when applying a radio frequency wave. This characteristic variation is used to perform real-time detection and / or spectral analysis of a given frequency range. These magnetic structures are in the form of a multilayer stack manufactured in the form of nano pillars, in the following "junction". Four representative examples of magnetic structures applied to frequency detection are detailed in patent applications: WO2006101040, US20130099339, US20080180085 and EP2515130.
Malgré leurs performances, les dispositifs magnétiques proposés par l'art antérieur ne permettent la détection de fréquence qu'au-dessus de 1 GHz et avec une résolution modeste due au mode de résonance utilisé (mode de résonance lié à une aimantation quasi uniforme). De plus, les dispositifs proposés ne sont pas compatibles avec une analyse spectrale large bande instantanée. En effet, pour couvrir de larges bandes avec un seul élément de détection, il est nécessaire d'appliquer un champ magnétique variable ou un courant électrique variable sur une large gamme, la détection se faisant alors par balayage de manière non instantanée. Afin de lever cette limitation il est proposé dans le brevet US 20090140733 une mise en réseau de plusieurs jonctions. Cependant pour fonctionner le dispositif nécessite l'application d'un champ magnétique différent sur chaque piller. Ce champ est alors appliqué via une structure de type « YOKE » connue de l'homme du métier, rendant la réalisation extrêmement complexe. De plus, un des intérêts majeurs de cette technologie, qui est l'extrême compacité, se voit passablement réduit.  Despite their performance, the magnetic devices proposed by the prior art only allow frequency detection above 1 GHz and with a modest resolution due to the resonance mode used (resonance mode related to a quasi-uniform magnetization). In addition, the proposed devices are not compatible with instant broadband spectral analysis. Indeed, to cover wide bands with a single detection element, it is necessary to apply a variable magnetic field or a variable electric current over a wide range, the detection then being carried out by scanning in a non-instantaneous manner. In order to eliminate this limitation, it is proposed in the US Pat. No. 20090140733 to network several junctions. However to operate the device requires the application of a different magnetic field on each loot. This field is then applied via a structure of "YOKE" type known to those skilled in the art, making the realization extremely complex. In addition, one of the major interests of this technology, which is the extreme compactness, is seen quite reduced.
Afin d'adresser simultanément la caractéristique large bande, l'instantanéité, la compacité et la capacité de détection en-dessous de 1 GHz, l'idée de la présente invention concerne une nouvelle approche qui repose sur l'utilisation d'un réseau de structures magnétiques présentant un mode de résonance spécifique, associé à une configuration magnétique non uniforme. Dans le cas d'une aimantation à vortex ce mode de résonance est le « mode gyrotropique du cœur de vortex », au plus simplement « mode de vortex » qui permet d'associer la fréquence d'oscillation d'une structure magnétique à sa géométrie. In order to simultaneously address the broadband characteristic, instantaneity, compactness and detection capacity below 1 GHz, the idea of the present invention is a new approach that relies on the use of a network of magnetic structures presenting a specific resonance mode, associated with a non-uniform magnetic configuration. In the case of a vortex magnetization, this resonance mode is the "gyrotropic mode of the vortex core", at most simply "vortex mode" which makes it possible to associate the oscillation frequency of a magnetic structure with its geometry .
L'objet de l'invention concerne un analyseur de spectre d'un signal I RF comportant plusieurs fréquences f, caractérisé en ce qu'il comporte N entités constituées chacune d'une structure formée d'un empilement de couches magnétiques et non magnétiques, ayant dans au moins une des couches magnétiques, une configuration magnétique en forme de vortex, les modes d'excitations de ladite configuration magnétique étant adaptés à détecter en temps réel les fréquences contenues dans un signal incident, chaque entité ayant une première électrode inférieure et une deuxième électrode supérieure, un dispositif adapté à mesurer une tension représentative de la présence d'une fréquence fk dans le signal analysé lRF, le dispositif de mesure de tension étant relié à l'électrode inférieure et à l'électrode supérieure, un dispositif de traitement des mesures adapté à déterminer la valeur des fréquences fk présentes dans le signal I RF, une ligne amenant le signal à analyser à chacune des entités. The subject of the invention relates to a spectrum analyzer of an RF signal comprising several frequencies f, characterized in that it comprises N entities each consisting of a structure formed of a stack of magnetic and non-magnetic layers, having in at least one of the magnetic layers a vortex-shaped magnetic configuration, the excitation modes of said magnetic configuration being adapted to detect in real time the frequencies contained in an incident signal, each entity having a first lower electrode and a second upper electrode, a device adapted to measure a voltage representative of the presence of a frequency f k in the analyzed signal RF, the voltage measuring device being connected to the lower electrode and to the upper electrode, a device measurement processing adapted to determine the value of the frequencies fk present in the signal I RF, a line bringing the sig to analyze at each of the entities.
Selon une variante de réalisation l'analyseur de spectre est caractérisé en ce que lesdites entités sont disposées en parallèle, une ligne de transmission amenant le signal à analyser lRF jusqu'à un diviseur adapté à diviser la puissance RF du signal à analyser et à distribuer le signal sur N sous-lignes de transmission, chaque sous-ligne étant connectée à un circuit de connexion reliant l'électrode supérieure au dispositif de mesure de tension adapté à mesurer la valeur Vn de la tension entre l'électrode inférieure et l'électrode supérieure, l'électrode inférieure étant reliée à un point de masse commun à toutes les entités et au dispositif de mesure de tension. According to an alternative embodiment, the spectrum analyzer is characterized in that the said entities are arranged in parallel, a transmission line bringing the signal to be analyzed to a RF divider adapted to divide the RF power of the signal to be analyzed and distributing the signal over N transmission sub-lines, each sub-line being connected to a connection circuit connecting the upper electrode to the voltage measuring device adapted to measure the value V n of the voltage between the lower electrode and the upper electrode, the lower electrode being connected to a mass point common to all the entities and to the voltage measuring device.
Selon une autre variante de réalisation, lesdites entités sont disposées en série la première entité est reliée au dispositif de mesure de tension et au circuit d'injection via un circuit de connexion, l'électrode supérieure est connectée au circuit de connexion au moyen de fil de connexion, l'électrode inférieure est reliée au dispositif de mesure de tension au moyen de fils de connexion, une ligne de transmission amène le signal lRF au premier circuit de connexion, un point nodal situé sur la ligne de connexion permet la connexion du circuit de polarisation et de mesure à l'électrode inférieure et à un circuit de connexion d'une entité suivante, l'entité étant reliée au dispositif de mesure de tension au moyen d'un circuit de connexion au niveau de son électrode supérieure et par une ligne comportant un point nodal au niveau de son électrode inférieure, le point nodal étant en liaison avec le circuit de connexion de l'entité suivante, ceci jusqu'à la dernière entité. According to another variant embodiment, said entities are arranged in series, the first entity is connected to the voltage measuring device and to the injection circuit via a connection circuit, the electrode upper is connected to the connecting circuit by means of connecting wire, the lower electrode is connected to the voltage measuring device by means of connection wires, a transmission line brings the RF signal to the first connection circuit, a point node on the connection line enables the polarization and measurement circuit to be connected to the lower electrode and to a connection circuit of a next entity, the entity being connected to the voltage measuring device by means of a connection circuit at its upper electrode and a line having a nodal point at its lower electrode, the nodal point being connected with the connecting circuit of the next entity, this up to the last entity.
Selon une autre variante de réalisation, l'analyseur est caractérisé en ce que les entités sont disposées en parallèle, l'électrode supérieure étant reliée au dispositif de mesure de tension adapté à mesurer la valeur de la tension Vn entre l'électrode inférieure et l'électrode supérieure, l'électrode inférieure étant reliée à un point de masse commun à toutes les entités, une ligne magnétique rayonnante permettant de couplé au détecteur de manière inductive le signal à analyser lRF au niveau de chacune des entités. According to another variant embodiment, the analyzer is characterized in that the entities are arranged in parallel, the upper electrode being connected to the voltage measuring device adapted to measure the value of the voltage V n between the lower electrode and the upper electrode, the lower electrode being connected to a mass point common to all the entities, a radiating magnetic line for inductively coupling the RF signal to the detector at each of the entities.
Selon une variante de réalisation, le dispositif de mesure de tension est aussi constitué de N lignes permettant d'injecter un courant continu ln entre les points nodaux connectés respectivement à l'électrode inférieure et à l'électrode supérieure de l'entité et permettant de faire varier la fréquence que les entités sont susceptibles de détecter au travers de la mesure de la valeur de la tension Vn entre l'électrode inférieure et l'électrode supérieure, le nœud est connecté via un premier fil de connexion à une première inductance, connectée à son tour connecté à un deuxième fil de connexion via le fil de connexion, un deuxième nœud est connecté via un deuxième fil de connexion à une deuxième inductance à son tour connectée au fil de connexion via un autre fil de connexion. According to an alternative embodiment, the voltage measuring device also consists of N lines making it possible to inject a direct current l n between the nodal points respectively connected to the lower electrode and to the upper electrode of the entity and allowing to vary the frequency that the entities are able to detect by measuring the value of the voltage V n between the lower electrode and the upper electrode, the node is connected via a first connection wire to a first inductor , connected in turn connected to a second lead wire via the lead wire, a second node is connected via a second lead wire to a second inductor in turn connected to the lead wire via another lead wire.
Le dispositif de mesure de tension peut également être constitué d'une source de courant reliée par une connexion principale à un dispositif de division adapté à diviser le courant et à le distribuer sur N sous-lignes connexions, chaque sous-ligne est connectée à un nœud. The voltage measuring device may also consist of a current source connected by a main connection to a device division adapted to divide the current and distribute it over N sub-lines connections, each sub-line is connected to a node.
Les entités sont, par exemple, des dispositifs en forme de piliers ayant une structure choisie parmi la liste suivante :  The entities are, for example, pillar-shaped devices having a structure selected from the following list:
• un empilement constitué de: une électrode inférieure, une multicouche magnétique de type SyntheticAntiFerromagnet (SAF), une couche intermédiaire non magnétique, une couche active contenant un vortex magnétique et une électrode supérieure,  A stack consisting of: a lower electrode, a synthetic multilayer of SyntheticAntiFerromagnet (SAF) type, a non-magnetic intermediate layer, an active layer containing a magnetic vortex and a top electrode,
• un empilement constitué d'une électrode inférieure, d'une multicouche magnétique de type SyntheticAntiFerromagnet (SAF), d'une couche intermédiaire non magnétique, d'une couche active contenant un vortex magnétique, d'une deuxième couche intermédiaire non magnétique, d'un polariseur magnétique perpendiculaire et d'une électrode supérieure,  A stack consisting of a lower electrode, a magnetic multilayer of the SyntheticAntiFerromagnet (SAF) type, a non-magnetic intermediate layer, an active layer containing a magnetic vortex, a second non-magnetic intermediate layer, a perpendicular magnetic polarizer and a top electrode,
• un empilement constitué : d'une électrode inférieure, d'une première couche active contenant un vortex magnétique, d'une couche intermédiaire magnétique, d'une deuxième couche active contenant un vortex et d'une électrode supérieure, et  A stack consisting of: a lower electrode, a first active layer containing a magnetic vortex, a magnetic intermediate layer, a second active layer containing a vortex and an upper electrode, and
• un empilement constitué: d'une électrode inférieure, d'une multicouche magnétique de type SyntheticAntiFerromagnet (SAF), d'une couche intermédiaire non magnétique, d'une première couche active contenant un vortex magnétique, d'une deuxième couche intermédiaire non magnétique, d'une deuxième couche active contenant un vortex magnétique et d'une électrode supérieure.  A stack comprising: a lower electrode, a synthetic multilayer of the SyntheticAntiFerromagnet (SAF) type, a non-magnetic intermediate layer, a first active layer containing a magnetic vortex, and a second non-magnetic intermediate layer; , a second active layer containing a magnetic vortex and a top electrode.
L'analyseur peut comporter un voltmètre pour mesurer la tension Vn aux bornes de chaque entité et le dispositif de traitement est, par exemple, constitué de N comparateurs des valeurs Vn à une valeur seuil. The analyzer may comprise a voltmeter for measuring the voltage V n at the terminals of each entity and the processing device is, for example, made up of N comparators of the values V n at a threshold value.
Une entité peut avoir une forme ellipsoïdale, carrée ou rectangulaire.  An entity can have an ellipsoidal, square or rectangular shape.
L'analyseur de spectre peut comporter plusieurs entités ou jonctions circulaires ayant des diamètres différents et variables entre 50nm à 1 μηι afin d'ajuster la fréquence sur une gamme de fréquences comprises typiquement entre 30 MHz et 2GHz. The spectrum analyzer may comprise several entities or circular junctions having different and variable diameters between 50 nm to 1 μηι to adjust the frequency over a range of frequencies typically between 30 MHz and 2GHz.
Selon une variante de réalisation, les entités ont une structure ou un mode de fonctionnement adaptée à produire une configuration magnétique correspondant à un vortex magnétique sans cœur également appelée C-state.  According to an alternative embodiment, the entities have a structure or an operating mode adapted to produce a magnetic configuration corresponding to a magnetic vortex without a core also called C-state.
D'autres caractéristiques et avantages du procédé et du dispositif selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif annexé des figures qui représentent :  Other characteristics and advantages of the method and of the device according to the invention will appear better on reading the following description of an exemplary embodiment given by way of illustration and in no way limiting attached to the figures which represent:
• Les figures 1 A et 1 B, une illustration de jonction utilisée pour mettre en œuvre l'invention,  FIGS. 1A and 1B, a junction illustration used to implement the invention,
• La figure 2, un premier schéma de dispositif selon l'invention pour lequel les éléments sont disposés en parallèle à couplage électrique direct par une ligne de transmission,  FIG. 2, a first device diagram according to the invention for which the elements are arranged in parallel with direct electrical coupling by a transmission line,
• La figure 3, un deuxième exemple de dispositif pour lequel les éléments sont disposés en série à couplage électrique direct par ligne de transmission,  FIG. 3, a second example of a device for which the elements are arranged in series with direct electrical coupling by transmission line,
• La figure 4, un troisième exemple pour lequel les éléments sont excités par couplage magnétique grâce à une ligne inductive, et FIG. 4, a third example for which the elements are excited by magnetic coupling by means of an inductive line, and
• La figure 5, un exemple de mode de réalisation pour le dispositif de polarisation et mesure. FIG. 5, an exemplary embodiment for the device for polarization and measurement.
Avant de donner quelques exemples de réalisation de dispositif d'analyse de spectre selon l'invention, un rappel sur les éléments utilisés pour détecter les fréquences présentes dans un spectre de fréquence va être donné.  Before giving some examples of embodiment of spectrum analysis device according to the invention, a reminder on the elements used to detect the frequencies present in a frequency spectrum will be given.
Les figures 1 A et 1 B représentent un exemple de brique de base pour la mise en œuvre de l'invention: un dispositif spintronique ayant une configuration en vortex, i.e., « jonction à vortex ». Cette jonction est construite à partir d'un empilement cylindrique d'au moins deux couches minces ferromagnétiques 1 , 2 séparées par une couche intermédiaire 3 (pouvant être métallique ou isolante). Par simplicité, on considère un cylindre circulaire. Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible d'utiliser d'autres formes, par exemple un cylindre elliptique. Pour au moins une des deux couches magnétiques, dite « couche active » correspondant à la couche supérieure 1 de la figure 1 , l'état fondamental ou configuration magnétique rémanente est caractérisé par une aimantation non uniforme, par exemple une« configuration en vortex » ou une configuration « C-state », connue de l'Homme du métier. Une description détaillée du vortex magnétique et aussi de la terminologie utilisée pour ce domaine sont décrits dans la demande de brevet WO201307797. L'épaisseur de la couche active est notée h et son diamètre Φ. Dans une première configuration la deuxième couche magnétique, couche inférieure 2, est dite « piégée » et est caractérisée par une aimantation uniforme. FIGS. 1A and 1B show an example of a basic brick for the implementation of the invention: a spintronic device having a vortex configuration, ie, "vortex junction". This junction is constructed from a cylindrical stack of at least two ferromagnetic thin layers 1, 2 separated by an intermediate layer 3 (can be metallic or insulating). For simplicity, consider a circular cylinder. Without departing from the scope of the invention, it is possible to use other shapes, for example an elliptical cylinder. For at least one of the two magnetic layers, called the "active layer" corresponding to the upper layer 1 of FIG. 1, the ground state or remanent magnetic configuration is characterized by a non-uniform magnetization, for example a "vortex configuration" or a "C-state" configuration, known to those skilled in the art. A detailed description of the magnetic vortex and also the terminology used for this field are described in the patent application WO201307797. The thickness of the active layer is denoted h and its diameter Φ. In a first configuration the second magnetic layer, lower layer 2, is called "trapped" and is characterized by a uniform magnetization.
Les matériaux envisagés pour la réalisation des couches magnétiques 1 et 2 peuvent être, par exemple, le fer Fe, le cobalt Co, le nickel Ni, les alliages comprenant au moins un de ces éléments (CoFeB par exemple) et aussi des alliages de Heusler. L'épaisseur de chaque couche peut varier entre 0.5 et 40 nm.  The materials envisaged for producing the magnetic layers 1 and 2 may be, for example, Fe iron, cobalt Co, nickel Ni, alloys comprising at least one of these elements (CoFeB for example) and also Heusler alloys. . The thickness of each layer can vary between 0.5 and 40 nm.
Concernant maintenant la couche intermédiaire, on peut envisager par exemple des matériaux isolants comme le MgO d'une épaisseur d'environ 1 nm ou bien des couches métalliques comme l'or Au ou le cuivre Cu, ou le Ruthénium Ru dont les épaisseurs peuvent varier de 1 à 10 nm.  Regarding now the intermediate layer, it is possible to envisage, for example, insulating materials such as MgO with a thickness of about 1 nm or metal layers such as Au gold or Cu copper, or Ruthenium Ru whose thicknesses may vary. from 1 to 10 nm.
Chaque couche peut être constituée d'un empilement de sous couches afin d'améliorer les caractéristiques magnétiques de l'objet considéré. Par exemple, la couche piégée peut être une couche dite antiferromagnétique synthétique (connue sous l'acronyme anglo-saxonne « SAF »), i.e., formée par un empilement d'une couche antiferromagnétique d'IrMn ou de PtMn de 10 nm par exemple, d'une couche de matériaux ferromagnétique en contact direct avec la couche antiferromagnétique, 2.5 nm de CoFeB par exemple, et une dernière couche magnétique, par exemple 3 nm de CoFeB, séparée par une couche de matériaux non magnétique, 0.85 nm du Ru par exemple. Each layer may consist of a stack of sub-layers in order to improve the magnetic characteristics of the object under consideration. For example, the trapped layer may be a so-called synthetic antiferromagnetic layer (known by the acronym "SAF"), ie, formed by a stack of an antiferromagnetic layer of IrMn or PtMn of 10 nm, for example, a layer of ferromagnetic materials in direct contact with the antiferromagnetic layer, 2.5 nm of CoFeB for example, and a last magnetic layer, for example 3 nm of CoFeB, separated by a layer of non-magnetic materials, 0.85 nm of Ru, for example.
Il est de plus possible d'améliorer les propriétés magnéto- résistives de la barrière tunnel définie par la couche intermédiaire en insérant des sous-couches magnétiques comme le CoFe d'environ 1 nm, entre la couche intermédiaire et la couche active.  It is furthermore possible to improve the magnetoresistive properties of the tunnel barrier defined by the intermediate layer by inserting magnetic sub-layers such as CoFe of about 1 nm between the intermediate layer and the active layer.
Cette jonction comprend aussi sur chacune de ses faces, des couches dites de contact électrique (électrodes supérieure et inférieure), non représentées sur la figure 1 , permettant de connecter électriquement la jonction à une source de courant au de tension afin de faire circuler un courant d'électrons à travers la jonction et/ou vers un dispositif de mesure de la tension électrique comme par exemple un voltmètre ou un ampèremètre.  This junction also comprises on each of its faces, so-called electrical contact layers (upper and lower electrodes), not shown in FIG. 1, making it possible to electrically connect the junction to a source of current at the voltage in order to circulate a current. electrons through the junction and / or to a device for measuring the voltage such as a voltmeter or an ammeter.
La structure de l'analyseur peut comporter plusieurs entités (20n) en forme de piliers ayant une structure choisie parmi la liste suivante : The analyzer structure may include a plurality of pillar-shaped entities (20 n ) having a structure selected from the following list:
· un empilement constitué de: une électrode inférieure, une multicouche magnétique de type SyntheticAntiFerromagnet (SAF), une couche intermédiaire non magnétique, une couche active contenant un vortex magnétique et une électrode supérieure,  A stack consisting of: a lower electrode, a synthetic multilayer of the SyntheticAntiFerromagnet (SAF) type, a non-magnetic intermediate layer, an active layer containing a magnetic vortex and a top electrode,
• un empilement constitué de une électrode inférieure, une multicouche magnétique de type SyntheticAntiFerromagnet (SAF), une couche intermédiaire non magnétique, une couche active contenant un vortex magnétique, une deuxième couche intermédiaire non magnétique, un polariseur magnétique perpendiculaire et une électrode supérieure,  A stack consisting of a lower electrode, a magnetic multilayer of SyntheticAntiFerromagnet (SAF) type, a non-magnetic intermediate layer, an active layer containing a magnetic vortex, a second non-magnetic intermediate layer, a perpendicular magnetic polarizer and a top electrode;
· un empilement constitué de : une électrode inférieure, d'une première couche active contenant un vortex magnétique, d'une couche intermédiaire magnétique, d'une deuxième couche active contenant un vortex et d'une électrode supérieure, et  A stack consisting of: a lower electrode, a first active layer containing a magnetic vortex, a magnetic intermediate layer, a second active layer containing a vortex and an upper electrode, and
• un empilement constitué de : une électrode inférieure, une multicouche magnétique de type SyntheticAntiFerromagnet (SAF), une couche intermédiaire non magnétique, une première couche active contenant un vortex magnétique, une deuxième couche intermédiaire non magnétique, une deuxième couche active contenant un vortex magnétique et une électrode supérieure. A stack consisting of: a lower electrode, a synthetic multilayer of the SyntheticAntiFerromagnet (SAF) type, a non-magnetic intermediate layer, a first layer; magnetic vortex containing active material, a second nonmagnetic intermediate layer, a second active layer containing a magnetic vortex and a top electrode.
Un exemple, nullement limitatif, de matériaux pouvant servir à la réalisation des électrodes peut être le suivant : l'électrode supérieure est formée par 7 nm de Ta, 6 nm de Ru, 5 nm de Cr et 200 nm de Au, l'électrode inférieure est formée de 3 nm de Ta et 2 nm de Ru. Les électrodes sont obtenues par plusieurs étapes de micro/nano fabrication selon une technique connue par l'homme de métier et décrite par exemple dans la demande de brevet US20080150643.  An example, in no way limiting, of materials that can be used to produce the electrodes may be as follows: the upper electrode is formed by 7 nm of Ta, 6 nm of Ru, 5 nm of Cr and 200 nm of Au, the electrode lower is formed of 3 nm Ta and 2 nm Ru. The electrodes are obtained by several steps of micro / nanomanufacture according to a technique known to those skilled in the art and described for example in the patent application US20080150643.
Un paramètre géométrique important pour définir les propriétés radiofréquences de la jonction est son diamètre; il peut varier, par exemple, entre quelques dizaines de nanomètres et quelques microns, alors que l'épaisseur totale peut être de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres. En général, toutes les couches de la jonction (excepté les électrodes) ont le même diamètre Φ que celui de la couche active. Il peut cependant exister des variantes dans lesquelles le diamètre de la jonction n'est pas constant sur toute sa hauteur.  An important geometric parameter for defining the radiofrequency properties of the junction is its diameter; it may vary, for example, between a few tens of nanometers and a few microns, while the total thickness may be of the order of a few tens of nanometers. In general, all the layers of the junction (except the electrodes) have the same diameter Φ as that of the active layer. However, there may be variants in which the diameter of the junction is not constant over its entire height.
Typiquement la jonction est déposée sur un substrat, par exemple de type Si02. Typically the junction is deposited on a substrate, for example of SiO 2 type.
Si aucune force externe n'agit sur la couche active, le vortex est stable dans sa position d'équilibre (en général au centre de disque, fig. 1 A). Si un courant électrique polarisé en spin est injecté au travers de la jonction, grâce au phénomène de transfert de spin, le cœur du vortex magnétique peut être mis en giration autour de sa position d'équilibre (fig. 1 B). La fréquence de giration est déterminée par les paramètres géométriques et par les matériaux utilisés. Par exemple, si on considère une couche circulaire de NiFe avec un diamètre de 500 nm et une épaisseur de 5 nm, la fréquence de giration sera de l'ordre de 140 MHz. Par effet magnéto-résistif, cette dynamique d'aimantation de vortex est convertie en une oscillation de la tension électrique aux bornes de la jonction avec une fréquence caractéristique, dite « fréquence naturelle de la jonction », qui dépend du rapport épaisseur/diamètre (h/Φ) de la couche active. Cette dépendance de la fréquence d'oscillation au rapport (h/Φ) est typique du mode de vortex. If no external force acts on the active layer, the vortex is stable in its equilibrium position (usually at the center of the disk, Fig. 1 A). If a spin-polarized electric current is injected through the junction, thanks to the spin-transfer phenomenon, the magnetic vortex core can be gyrated around its equilibrium position (Figure 1B). The frequency of gyration is determined by the geometrical parameters and the materials used. For example, if one considers a circular layer of NiFe with a diameter of 500 nm and a thickness of 5 nm, the frequency of gyration will be of the order of 140 MHz. By magneto-resistive effect, this vortex magnetization dynamics is converted into an oscillation of the electrical voltage across the junction with a frequency characteristic, called "natural frequency of the junction", which depends on the thickness / diameter ratio (h / Φ) of the active layer. This dependence of the oscillation frequency on the ratio (h / Φ) is typical of the vortex mode.
Lorsque l'on injecte un signal alternatif I RF dont la fréquence est proche de la fréquence naturelle du système (c'est-à-dire de l'ordre de la largeur de raie du signal de résonance), il y a une modification de la tension Vdc aux bornes de la jonction. De manière plus directe, la résistance électrique de la jonction change de façon caractéristique lorsque la fréquence du signal RF injecté est proche de la fréquence naturelle de la jonction. Cette variation de voltage (ou de résistance) est le discriminateur pour détecter le signal et les fréquences du signal RF. When an RF I RF signal is injected whose frequency is close to the natural frequency of the system (i.e. in the order of the linewidth of the resonance signal), there is a modification of the voltage V dc across the junction. More directly, the electrical resistance of the junction typically changes when the frequency of the injected RF signal is close to the natural frequency of the junction. This variation of voltage (or resistance) is the discriminator for detecting the signal and the frequencies of the RF signal.
Différentes structures de jonctions peuvent être envisagées dans le cadre de l'invention.  Different junction structures may be envisaged within the scope of the invention.
Une première structure, dite à « 1 Vortex Standard », est constituée de l'empilement suivant: une électrode inférieure ; SAF ; une couche intermédiaire de MgO ; une couche active ; une électrode supérieure.  A first structure, called "1 Vortex Standard" consists of the following stack: a lower electrode; SAF; an intermediate layer of MgO; an active layer; an upper electrode.
Une deuxième structure, dite à « 1 Vortex Hybrid » comprend, par exemple, une électrode inférieure, SAF, une couche intermédiaire de MgO, une couche active ; quelques nm de Cu ; un polariseur perpendiculaire formé par une succession de sous couches : par exemple [Co0.2/Ni0.5] * 1 0 ; une électrode supérieure.  A second structure, called "1 Vortex Hybrid" includes, for example, a lower electrode, SAF, an intermediate layer of MgO, an active layer; a few nm of Cu; a perpendicular polarizer formed by a succession of sub-layers: for example [Co0.2 / Ni0.5] * 1 0; an upper electrode.
Une troisième structure, dite à « 2 Vortex hybrid » est composée d'une électrode inférieure, SAF ; d'une couche intermédiaire de MgO ; d'une première couche active ; quelques nm de Cu ; d'une deuxième couche active ; d'une électrode supérieure.  A third structure, called "2 Vortex hybrid" is composed of a lower electrode, SAF; an intermediate layer of MgO; a first active layer; a few nm of Cu; a second active layer; of an upper electrode.
Une quatrième structure, dit à « 2 Vortex standard » est composée d'une électrode inférieure, d'une première couche active ; couche intermédiaire de MgO ; d'une deuxième couche active ; d'une électrode supérieure. A titre d'exemple illustratif et nullement limitatif, un réseau de jonctions circulaires dont le diamètre varie de 50nm à 1 m permet d'ajuster la fréquence sur une gamme d'environ 2 GHz à 30 MHz. A fourth structure, referred to as "2 standard Vortex" is composed of a lower electrode, a first active layer; intermediate layer of MgO; a second active layer; of an upper electrode. By way of illustrative and in no way limiting example, a network of circular junctions whose diameter varies from 50 nm to 1 m makes it possible to adjust the frequency over a range of approximately 2 GHz to 30 MHz.
La fréquence de résonance ÎR de la jonction est aussi dépendante de deux autres paramètres que sont l'intensité du courant continu circulant à travers le piller et la composante perpendiculaire du champ magnétique éventuellement appliqué à ce dernier. Il est donc possible de faire un ajustement très précis de la fréquence en jouant sur ces deux paramètres. Par exemple, si on fait un balayage d'un de ces paramètres externes, on peut améliorer la résolution en fréquence du détecteur ; en plus, avec ce balayage il est possible d'extraire une information supplémentaire : l'amplitude du signal RF. Toutefois, ces informations sont obtenues au prix de la perte du caractère « temps réel » de la détection.  The resonance frequency IR of the junction is also dependent on two other parameters, namely the intensity of the direct current flowing through the piller and the perpendicular component of the magnetic field possibly applied to the latter. It is therefore possible to make a very precise adjustment of the frequency by playing on these two parameters. For example, if one of these external parameters is scanned, the frequency resolution of the detector can be improved; in addition, with this scan it is possible to extract additional information: the amplitude of the RF signal. However, this information is obtained at the cost of the loss of the "real time" character of the detection.
La figure 2 illustre un premier exemple de dispositif selon l'invention. Le dispositif comporte N jonctions ou entités 20n connectées en parallèle sur lesquelles un signal à analyser lRF par couplage électrique direct est injecté. Chaque jonction 20n est caractérisée par une structure spécifique, par exemple, celle décrite à la figure 1 ou encore une des quatre structures décrites précédemment, avec un diamètre Φη et une épaisseur hn de la couche active. A cette structure de jonction est associée une fréquence de résonance frn. Toutes les jonctions sont déposées sur un substrat 4. FIG. 2 illustrates a first example of a device according to the invention. The device comprises N junctions or entities 20 n connected in parallel on which a signal to be analyzed by RF direct electrical coupling is injected. Each junction 20 n is characterized by a specific structure, for example, that described in Figure 1 or one of the four structures described above, with a diameter Φ η and a thickness h n of the active layer. To this junction structure is associated a resonance frequency fr n . All the junctions are deposited on a substrate 4.
L'électrode inférieure 21 n d'une jonction 20n est connectée via une ligne de transmission 42n à un point de masse 41 commun à toutes les jonctions et, via un fil de connexion 24η, à un dispositif de mesure 6a adapté à mesurer une valeur de tension. Le courant qui va être distribué au niveau de chaque jonction peut être de type continu ou alternatif. L'électrode supérieure 22n de la jonction 20n, est connectée via un fil de connexion 23n à un circuit de connexion 3n qui sépare le coté alternatif (circuit 5 d'injection de courant alternatif connecté via un fil de connexion 25n) et le coté continu (dispositif 6a de mesure connecté via un fil de connexion 26n). The lower electrode 21 n of a junction 20 n is connected via a transmission line 42 n to a mass point 41 common to all the junctions and, via a connection wire 24 η, to a measuring device 6a adapted to measure a voltage value. The current that will be distributed at each junction may be continuous or alternating type. The upper electrode 22 n of the junction 20 n is connected via a connection wire 23 n to a connection circuit 3 n which separates the alternating side (AC injection circuit 5 connected via a connection wire 25 n. ) and the continuous side (measurement device 6a connected via a connection wire 26 n ).
Le circuit de connexion 3n comprend, par exemple : • un fil de connexion 33n qui connecte un point de jonction 30n, au nœud, à l'électrode supérieure 22n de la jonction 20n via un fil de connexion 23n, The connection circuit 3 n comprises, for example: A connection wire 33 n which connects a junction point 30 n to the node to the upper electrode 22 n of the junction 20 n via a connection wire 23 n ,
• un fil de connexion 36n qui connecte le nœud 30n au dispositif 6a de mesure de tension via le fil de connexion 26n, A connection wire 36 n which connects the node 30 n to the device 6a for measuring voltage via the connection wire 26 n ,
• un fil de connexion 31 n reliant le nœud 30n à un premier côté 34n d'une capacitance 34n, A connection wire 31 n connecting the node 30 n to a first side 34 n of a capacitance 34 n ,
• un fil de connexion 35n reliant le deuxième côté 34n2 de la capacitance 34n au circuit 5 d'injection de courant alternatif via le fil de connexion 25n. A connection wire 35 n connecting the second side 34 n2 of the capacitance 34 n to the AC injection circuit 5 via the connection wire 25 n .
Dans le circuit 5 d'injection de courant alternatif, une ligne de transmission principale 53 amène le signal I RF à analyser 52 jusqu'à un dispositif de division 54 ou « splitter », qui peut être un élément actif ou passif. Le « splitter » 54 divise la puissance RF du signal à analyser, et distribue le signal I RF sur N sous-lignes de transmission, 55n. Chaque sous- ligne 55n est connectée au circuit de connexion 3n via le fil de connexion 25n. De cette façon, le signal lRF à analyser 52 est injecté sur chaque jonction 20n, via chacune des sous-lignes. In the AC injection circuit 5, a main transmission line 53 causes the RF signal I to be analyzed 52 to a dividing device 54 or "splitter", which may be an active or passive element. The splitter 54 divides the RF power of the signal to be analyzed, and distributes the I RF signal over N sub-transmission lines, 55 n . Each sub-line 55 n is connected to the connection circuit 3 n via the connection wire 25 n. In this way, the RF signal to be analyzed 52 is injected on each junction 20 n, via each of the sub-lines.
Le dispositif 6a de mesure de tension permet de mesurer la tension Vn mesurée entre l'électrode inférieure et l'électrode supérieure de chaque jonction (sous-circuit 6a). Il peut aussi être utilisé pour injecter un courant continu DC (sous-circuit 6b). Ce dispositif de mesure de tension est connecté à l'électrode inférieure 21 n via le fil de connexion 24n et au circuit de connexion 3n via le fil de connexion 26n. Deux inductances (67ni and 67n2) empêchent le passage de courant alternatif dans le dispositif 6a de mesure de tension. The voltage measurement device 6a makes it possible to measure the voltage V n measured between the lower electrode and the upper electrode of each junction (sub-circuit 6 a ). It can also be used to inject DC direct current (sub-circuit 6b ). This voltage measuring device is connected to the lower electrode 21 n via the connection wire 24 n and to the connection circuit 3 n via the connection wire 26 n . Two inductances (67 n i and 67 n 2) prevent the passage of alternating current in the voltage measuring device 6a.
Le sous-circuit 6a est constitué de N dispositifs de mesure 68n chacun adapté à mesurer la tension Vn aux bornes de chaque jonction, par exemple un voltmètre. La tension Vn est mesurée entre deux points nodaux 60ni et 60n2 connectés respectivement à l'électrode inférieure et à l'électrode supérieure de la jonction. Selon un premier exemple, le sous-circuit 6b est constituée d'un arrangement en parallèle de plusieurs lignes de polarisation 69n délivrant chacune une intensité de courant particulière ln entre les deux points nodaux 60ni et 60n2, connectés respectivement à l'électrode inférieure (21 n) et à l'électrode supérieure (22n) de l'entité 20n, et permettant de faire varier la fréquence que les entités (20n) sont susceptibles de détecter au travers de la mesure de la valeur de la tension Vn entre l'électrode inférieure (21 n) et l'électrode supérieure (22n. Le premier nœud 60ni est connecté via un premier fil de connexion 61 ni à une première inductance 67ni qu'est connecté au fil de connexion 24n via le fil de connexion 64n; le deuxième nœud 60n2 est connecté via un deuxième fil de connexion 61 P2 à une deuxième inductance 67n2 qu'est connecté au fil de connexion 26n via le fil de connexion 66n. The sub-circuit 6a consists of N measuring devices 68 n each adapted to measure the voltage V n across each junction, e.g., a voltmeter. The voltage V n is measured between two nodal points 60 n i and 60 n 2 respectively connected to the lower electrode and to the upper electrode of the junction. According to a first example, the sub-circuit 6b consists of a parallel arrangement of several polarization lines 69 n each delivering a particular current intensity I n between the two nodes 60 n i and 60 n 2 connected respectively to the lower electrode (21 n ) and the upper electrode (22 n ) of the entity 20 n , and making it possible to vary the frequency that the entities (20 n ) are capable of detecting through the measurement of the value of the voltage V n between the lower electrode (21 n ) and the upper electrode (22 n) The first node 60 n i is connected via a first connection wire 61 n i to a first inductor 67 n i that is connected at the connection wire 24 n via the connection wire 64 n , the second node 60 n 2 is connected via a second connection wire 61 P 2 to a second inductor 67 n2 which is connected to the connection wire 26 n via the wire connection 66 n .
Il est aussi possible d'avoir une seule ligne de polarisation commune et ajuster le courant ln individuellement par l'ajout d'un élément actif ou passif en série entre la ligne de polarisation principale et la jonction 20n. Dans cette deuxième version de sous-circuit 6b (voir fig. 5) un fil de connexion principale 63 amène le courant ldC 62 jusqu'à un dispositif de division 69 ou « splitter », qui peut être un élément actif ou passif. Le « splitter » 69 divise le courant ldc 62 et le distribue sur N fils de connexions 65n. Chaque sous-ligne 65n est connectée au nœud 61 n via un élément Zn. L'élément Zn peut être actif au passif (diodes, résistance, etc.). Les nœuds 60ni et 60n2 sont connectés respectivement aux inductances 67n et 67n2 dans la même manière de l'exemple précédente. It is also possible to have a single common polarization line and to adjust the current I n individually by adding an active or passive element in series between the main polarization line and the junction n . In this second sub-circuit version 6b (see Fig. 5) a main lead wire 63 brings the current C to a splitter 69 or splitter, which may be an active or passive element. The splitter 69 divides the current l dc 62 and distributes it over N 65 n connection wires. Each sub-line 65 n is connected to the node 61 n via an element Z n . Element Z n can be active in the passive (diodes, resistance, etc.). 60 nodes n i and 60n2 are connected to the inductors 67 and 67 n n2 in the same manner of the previous example.
Le sous-circuit de mesure de tension 6a est lui-même relié à un dispositif 7 de traitement des valeurs. Le dispositif 7 peut être un comparateur des valeurs de tension mesurées pour chaque jonction par rapport à une ou plusieurs valeurs de référence, valeurs seuils, afin de déterminer si une fréquence fk correspondant à la fréquence de résonance de la jonction 20n est présente dans le signal en cours d'analyse. La présence d'une fréquence fk du signal analysé lRF peut être mémorisée écrite et stockée dans une mémoire et/ou visualisée sur un écran 8. Une autre façon de procéder pour le dispositif 7 est d'utiliser un ensemble de convertisseurs analogiques numériques. The voltage measuring sub-circuit 6 a is itself connected to a device 7 for processing the values. The device 7 may be a comparator of the voltage values measured for each junction with respect to one or more reference values, threshold values, in order to determine whether a frequency fk corresponding to the resonant frequency of the junction 20 n is present in the signal being analyzed. The presence of a frequency f k of the analyzed signal RF can be memorized in writing and stored in a memory and / or displayed on a screen 8. Another way to proceed for the device 7 is to use a set of digital analog converters.
Travaillant tous indépendamment et ayant de très petites dimensions, dans la gamme de la centaine de nanomètres, une mise en parallèle massive de ces entités de détection unitaire ou jonctions permet dans un très faible volume de réaliser une fonction d'analyseur de spectre analogique instantané d'un signal lRF. La bande de fréquence de résonance de chaque jonction [f0-Af, f0+ Δί] est ajustée en jouant sur le rapport épaisseur/diamètre (h/Φ) de la couche active. Le diamètre Φη est, par exemple, ajusté afin que les fréquences de résonance se juxtaposent et créent ainsi un réseau de détection de fréquences sans trous pour analyser un signal. De cette manière, il est possible de détecter les fréquences présentes dans un signal I RF All working independently and having very small dimensions, in the range of hundreds of nanometers, a massive paralleling of these unit detection entities or junctions allows in a very small volume to achieve an instantaneous analog spectrum analyzer function. an RF signal. The resonance frequency band of each junction [f 0 -Af, f 0 + Δί] is adjusted by adjusting the thickness / diameter ratio (h / Φ) of the active layer. The diameter Φ η is, for example, adjusted so that the resonant frequencies juxtapose and thus create a frequency detection network without holes for analyzing a signal. In this way, it is possible to detect the frequencies present in an RF signal.
Le dispositif analyseur de fréquences selon l'invention va agir de la manière suivante, lorsqu'un signal lRF à analyser contenant, par exemple, trois fréquences, f-ι , , , est couplé au dispositif, seules les jonctions ayant la structure adaptée pour résonner sur ces trois fréquences vont résonner autour de f-ι , , , de façon à donner simultanément l'information que le spectre est occupé autour de ces trois fréquences. The frequency analyzer device according to the invention will act in the following manner, when an RF signal to be analyzed containing, for example, three frequencies, f-ι,,, is coupled to the device, only the junctions having the appropriate structure. to resonate on these three frequencies will resound around f-ι,, so as to simultaneously give the information that the spectrum is occupied around these three frequencies.
Dans ce premier exemple (jonctions connectés en parallèle par couplage électrique direct) le nombre de sous-lignes 55n est égal aux nombres des jonctions. Cette approche facilite la maîtrise de l'adaptation d'impédance du réseau mais au détriment de la sensibilité puisque la puissance incidente est divisée en plusieurs sous-lignes. Elle est par exemple utilisée dans le cas où l'on cherche à détecter des fréquences avec peu de canaux et aussi de fortes puissances. In this first example (junctions connected in parallel by direct electrical coupling) the number of sub-lines 55 n is equal to the numbers of the junctions. This approach makes it easier to control the impedance adaptation of the network but at the expense of the sensitivity since the incident power is divided into several sub-lines. It is for example used in the case where one seeks to detect frequencies with few channels and also high power.
Une autre façon de procéder est de considérer des jonctions connectées en série. La figure 3 présente une variante de réalisation où les entités ou jonctions sont connectées en série. Cet arrangement permet une relative bonne maîtrise de la sensibilité au détriment de la facilité à adapter l'impédance. Another way of proceeding is to consider junctions connected in series. Figure 3 shows an alternative embodiment where the entities or junctions are connected in series. This arrangement allows a relative good control of sensitivity to the detriment of the ability to adapt impedance.
Dans cette variante de réalisation chaque jonction 20n du réseau est reliée au circuit de connexion 3n de manière identique à celle décrite à la figure 2, c'est-à-dire, l'électrode supérieure 22n est connectée au circuit de connexion 3n via le fil de connexion 23n. De la même façon, le circuit de mesure de tension 6a est connecté au circuit de connexion 3n via le fil de connexion 26n. Par contre, l'électrode inférieure 21 n est reliée de manière différente, comme il va être décrit ci-après. Le but de cette variante de réalisation est de connecter les jonctions en série. Le circuit d'injection de courant alternatif 5 est donc simplifié. Une ligne de transmission principale 53 amène le signal lRF 52 directement au circuit de connexion de la première jonction 3i via le fil de connexion 25-i . Chaque jonction, dans cet exemple, est séparée électriquement des autres jonctions. Pour obtenir une connexion en série chaque jonction 20n est connectée à la jonction suivante 20n+i . Pour chaque jonction il y a un point nodal 27n qui permet de relier le circuit de mesure de tension 6a (via le fil de connexion 24n), l'électrode inférieure du pilier 21 n (via le fil de connexion 28n), et le circuit de connexion 3n+i de la jonction successif 20 n+i (via le fil de connexion 25n+i). De cette façon, le signal à analyser ou courant alternatif lRF est injecté en série dans le pilier, alors qu'un courant continu ln est appliqué à chaque pilier et sa tension Vn est mesurée séparément. In this embodiment, each junction 20 n of the network is connected to the connection circuit 3 n identically to that described in FIG. 2, that is to say, the upper electrode 22 n is connected to the connection circuit 3 n via the connection wire 23 n . Similarly, the voltage measurement circuit 6a is connected to the connection circuit 3 n via wire connection 26 n. By cons, the lower electrode 21 n is connected in a different manner, as will be described below. The purpose of this embodiment is to connect the junctions in series. The AC injection circuit 5 is thus simplified. A main transmission line 53 brings the RF signal 52 directly to the connection circuit of the first junction 3i via the connection wire 25-i. Each junction, in this example, is electrically separated from the other junctions. For a series connection each junction 20 n is connected to the next junction 20 n + i. For each junction there is a node 27 n which makes it possible to connect the voltage measurement circuit 6a (via the connection wire 24 n ), the lower electrode of the pillar 21 n (via the connection wire 28 n ), and the connection circuit 3 n + i of the successive junction 20 n + i (via the connection wire 25 n + 1). In this way, the signal to be analyzed or the RF alternating current is injected in series in abutment, while a direct current I n is applied to each pillar and the voltage V n is measured separately.
La figure 4 schématise une autre variante de réalisation possible pour le dispositif selon l'invention. Dans ce cas, le signal lRF à analyser 52 est acheminé par une ligne de couplage magnétique rayonnante 53. Ce courant alternatif I RF génère un champ alternatif qui, par couplage inductif, va agir sur chaque jonction. L'amplitude du signal alternatif ressentie par la jonction 20n dépend de la distance entre la ligne 53 et la jonction elle-même. Les valeurs typiques sont de l'ordre de quelque centaines de nanomètre. La ligne peut être mise en dessous de la jonction ou à côté selon le type de jonction considéré. Comme dans la première réalisation (voir figure 2), l'électrode inférieure 21 n d'une jonction 20n est connectée via une ligne de transmission 42n à un point de masse 41 commun à toutes les jonctions et via un fil de connexion 24n au dispositif de mesure de tension 6a. En revanche, l'électrode supérieure 22n est connectée directement au dispositif 6a de mesure de tension via le fil de connexion 23n. Le dispositif de mesure de tension 6a, et en conséquence le dispositif de traitement des valeurs 7 et l'écran 8 avec toutes leurs variantes, sont identiques à celles décrites dans la première variante de réalisation (voir figures 2 et 5). FIG. 4 schematizes another possible variant embodiment for the device according to the invention. In this case, the RF signal to be analyzed 52 is conveyed by a radiating magnetic coupling line 53. This alternating current I RF generates an alternating field which, by inductive coupling, will act on each junction. The amplitude of the alternating signal felt by the junction 20 n depends on the distance between the line 53 and the junction itself. Typical values are of the order of a few hundred nanometers. The line may be below or adjacent to the junction depending on the type of junction considered. As in the first embodiment (see Figure 2), the electrode The bottom 21 n of a junction 20 n is connected via a transmission line 42 n to a ground point 41 common to all the junctions and via a connecting wire 24 n to the voltage measuring device 6a. In contrast, the upper electrode 22 n is connected directly to the voltage measuring device 6a via the connection wire 23 n. The voltage measuring device 6a, and consequently the value processing device 7 and the screen 8 with all their variants, are identical to those described in the first variant embodiment (see FIGS. 2 and 5).
La lecture en parallèle d'un réseau des jonctions magnétiques permet d'obtenir une information instantanée d'une gamme de fréquences présentes dans un signal radiofréquence incident. Grâce à l'utilisation de nano-objets ayant la forme d'un empilement magnétique cylindrique de taille nanométrique dans lesquelles les fréquences de résonance peuvent être induites pour faire de la détection, les dimensions du dispositif sont extrêmement réduites.  Parallel reading of a network of magnetic junctions makes it possible to obtain instantaneous information of a range of frequencies present in an incident radiofrequency signal. By using nano-objects in the form of a nano-sized cylindrical magnetic stack in which the resonance frequencies can be induced to effect detection, the dimensions of the device are extremely small.

Claims

Revendications claims
1 - Analyseur de spectre d'un signal lRF comportant plusieurs fréquences f, caractérisé en ce qu'il comporte N entités (20n) constituées chacune d'une structure formée d'un empilement de couches magnétiques et non magnétiques ayant dans au moins une des couches magnétiques une configuration magnétique en forme de vortex, les modes d'excitations de la configuration magnétique étant adaptés à détecter en temps réel les fréquences contenues dans un signal incident, chaque entité ayant une première électrode inférieure (21 n) et une deuxième électrode supérieure (22n), un dispositif (6a) de mesure de tension adapté à mesurer une tension électrique représentative de la présence d'une fréquence fk dans le signal analysé I RF, le dispositif (6a) étant relié à l'électrode inférieure (21 n) et à l'électrode supérieure (22n), un dispositif (7) de traitement des mesures adapté à déterminer la valeur des fréquences fk présentes dans le signal lRF, une ligne (53) amenant le signal à analyser à chacune des entités. 1 - Spectrum analyzer of an RF signal comprising several frequencies f, characterized in that it comprises N entities (20 n ) each consisting of a structure formed of a stack of magnetic and non-magnetic layers having in at least one of the magnetic layers a vortex-shaped magnetic configuration, the excitation modes of the magnetic configuration being adapted to detect in real time the frequencies contained in an incident signal, each entity having a first lower electrode (21 n ) and a second upper electrode (22 n ), a voltage measuring device (6a) adapted to measure an electrical voltage representative of the presence of a frequency f k in the analyzed signal I RF , the device (6a) being connected to the electrode lower (21 n ) and the upper electrode (22 n ), a device (7) for processing measurements adapted to determine the value of the frequencies f k present in the signal RF , a line (53) bringing the signal to be analyzed to each of the entities.
2 - Analyseur de spectre selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites entités (20n) sont disposées en parallèle, une ligne de transmission (53) amenant le signal à analyser lRF jusqu'à un diviseur (54) adapté à diviser la puissance RF du signal à analyser et à distribuer le signal sur N sous- lignes de transmission (55n), chaque sous-ligne étant connectée à un circuit de connexion (3n) reliant l'électrode supérieure (22n) au dispositif (6) de mesure de tension adapté à mesurer la valeur Vn de la tension entre l'électrode inférieure (21 n) et l'électrode supérieure (22n), l'électrode inférieure (21 n) étant reliée à un point de masse (41 ) commun à toutes les entités (20n) et au dispositif de mesure de tension (6a). 2 - spectrum analyzer according to claim 1 characterized in that said entities (20 n ) are arranged in parallel, a transmission line (53) causing the signal to analyze the RF up to a divider (54) adapted to divide the RF power of the signal to be analyzed and to distribute the signal on N sub-transmission lines (55 n ), each sub-line being connected to a connection circuit (3 n ) connecting the upper electrode (22 n ) to the device ( 6) adapted to measure the value V n of the voltage between the lower electrode (21 n ) and the upper electrode (22 n ), the lower electrode (21 n ) being connected to a mass point (41) common to all entities (20 n ) and to the voltage measuring device (6a).
3 - Analyseur de spectre selon la revendication 2 caractérisé en ce que le circuit de connexion (3n) connecté à une entité (20n) comprend : un fil de connexion (33n) qui connecte un point de jonction (30n) à l'électrode supérieure (22n) de ladite entité via un fil de connexion 23n, un fil de connexion (36n) qui connecte le point de jonction (30n) au dispositif de mesure de tension (6a) via le fil de connexion (26n), un fil de connexion (31 n) reliant le point de jonction (30n) à la première paroi (34n ) d'une capacité (34n), 3 - spectrum analyzer according to claim 2 characterized in that the connection circuit (3 n ) connected to an entity (20 n ) comprises: a lead wire (33 n ) which connects a junction point (30 n ) to the upper electrode (22 n ) of said entity via a lead wire 23 n , a lead wire (36 n ) which connects the point connecting (30 n ) to the voltage measuring device (6a) via the connecting wire (26 n ), a connecting wire (31 n ) connecting the junction point (30 n ) to the first wall (34 n ) a capacity (34 n ),
un fil de connexion (35n) reliant la deuxième paroi (34N2) de la capacité (34n) à un fil de connexion (25n) amenant le signal à analyser. 4 - Analyseur de spectre selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites entités (20n) sont disposées en série, la première entité (20i) est reliée au dispositif (6a) et au circuit d'injection (5) via un circuit de connexion (3i), l'électrode supérieure est connectée au circuit de connexion (3i) au moyen de fil de connexion (23i), l'électrode inférieure (21 ) est reliée au dispositif (6a) au moyen de fils de connexion (24-i, 28-i), une ligne de transmission (53) amène le signal I RF au premier circuit de connexion (3-i), un point nodal (27-i) situé sur la ligne de connexion (24 ; 28-i) permet la connexion du dispositif (6a) à l'électrode inférieure et à un circuit de connexion (3n) d'une entité suivante (20n), l'entité (20n) étant reliée au dispositif de polarisation et de mesure au moyen d'un circuit de connexion (3n) au niveau de son électrode supérieure et par une ligne comportant un point nodal (27n) au niveau de son électrode inférieure, le point nodal (27n) étant en liaison avec le circuit (3n+i) de connexion de l'entité (20n+i) suivante, ceci jusqu'à la dernière entité (20N). a connection wire (35 n ) connecting the second wall (34 N 2) of the capacitance (34 n ) to a connection wire (25 n ) supplying the signal to be analyzed. 4 - spectrum analyzer according to claim 1 characterized in that said entities (20 n ) are arranged in series, the first entity (20i) is connected to the device (6a) and the injection circuit (5) via a circuit of connection (3i), the upper electrode is connected to the connecting circuit (3i) by means of connecting wire (23i), the lower electrode (21) is connected to the device (6a) by means of connection wires (24). -i , 28-i), a transmission line (53) supplies the RF signal to the first connection circuit (3-i), a node (27-i) located on the connection line (24 ; i) allows the connection of the device (6a) to the lower electrode and to a connection circuit (3 n ) of a next entity (20 n ), the entity (20 n ) being connected to the polarization device and measurement by means of a connecting circuit (3 n ) at its upper electrode and by a line having a nodal point (27 n ) at its lower electrode ee, the nodal point (27 n ) being in connection with the circuit (3 n + i) connecting the next entity (20 n + i), this up to the last entity (20N).
5 - Analyseur de spectre selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'un circuit de connexion (3n) comprend : 5 - spectrum analyzer according to claim 4 characterized in that a connection circuit (3 n ) comprises:
• un fil de connexion (33n) qui connecte un point de jonction (30n) à l'électrode supérieure (22n) de ladite entité via un fil de connexion 23n, · un fil de connexion (36n) qui connecte le point de jonction (30n) au dispositif de mesure de tension (6a) via le fil de connexion (26n), • un fil de connexion (31 n) reliant le point de jonction (30n) à la première paroi (34n ) d'une capacité (34n), A connection wire (33 n ) which connects a junction point (30 n ) to the upper electrode (22 n ) of said entity via a connection wire 23 n , a connecting wire (36 n ) which connects the junction point (30 n ) to the voltage measuring device (6a) via the connection wire (26 n ), A connection wire (31 n ) connecting the junction point (30 n ) to the first wall (34 n ) of a capacitance (34 n ),
• un fil de connexion (35n) reliant la deuxième paroi (34n2) de la capacité (34n) à un fil de connexion (25n), A connection wire (35 n ) connecting the second wall (34 n2 ) of the capacitance (34 n ) to a connection wire (25 n ),
6 - Analyseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les entités sont disposées en parallèle, l'électrode supérieure (22n) étant reliée au dispositif de mesure de tension (6a) adapté à mesurer la valeur de la tension Vn entre l'électrode inférieure (21 n) et l'électrode supérieure (22n), l'électrode inférieure (21 n) étant reliée à un point de masse (41 ) commun à toutes les entités (20n), une ligne magnétique rayonnante (53) permettant de couplé au détecteur e manière inductive le signal à analyser lRF au niveau de chacune des entités. 7 - Analyseur selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le dispositif (6a) est aussi constitué de N lignes de polarisation 69n adaptées à injecter un courant continu ln entre deux points nodaux (60ni , 60n2) connectés respectivement à l'électrode inférieure (21 n) et à l'électrode supérieure (22n) de l'entité (20n) et adaptées à faire varier la fréquence que les entités (20n) sont susceptibles de détecter au travers de la mesure de la valeur de la tension Vn entre l'électrode inférieure (21 n) et l'électrode supérieure (22n), le premier nœud (60ni ) est connecté via le premier fil de connexion (61 ni ) à une première inductance (67ni ) son tour connectée au fil de connexion (24n) via le fil de connexion (64n), le deuxième nœud (60n2) est connecté via le deuxième fil de connexion (61 P2) à une deuxième inductance (67n2) à son tour connectée au fil de connexion (26n) via le fil de connexion (66n). 6 - Analyzer according to claim 1 characterized in that the entities are arranged in parallel, the upper electrode (22 n ) being connected to the voltage measuring device (6a) adapted to measure the value of the voltage V n between the lower electrode (21 n ) and the upper electrode (22 n ), the lower electrode (21 n ) being connected to a mass point (41) common to all the entities (20 n ), a radiating magnetic line (53). ) for inductively coupling the RF signal to the detector at each of the entities. 7 - Analyzer according to one of claims 1 to 6 characterized in that the device (6a) is also constituted by N polarization lines 69 n adapted to inject a direct current l n between two nodal points (60 n i, 60 n 2) respectively connected to the lower electrode (21 n ) and to the upper electrode (22 n ) of the entity (20 n ) and adapted to vary the frequency that the entities (20 n ) are capable of detecting at the by measuring the value of the voltage V n between the lower electrode (21 n ) and the upper electrode (22 n ), the first node (60 n i) is connected via the first connection wire (61 n). i) at a first inductance (67 n i) connected to the connection wire (24 n ) via the connecting wire (64 n ), the second node (60 n 2) is connected via the second connecting wire (61 P 2) to a second inductor (67 n2 ) in turn connected to the connection wire (26 n ) via the connecting wire (66 n ).
8 - Analyseur selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le dispositif (6a) est constitué d'une source de courant (62) reliée par une connexion principale (63) à un dispositif de division (69) adapté à diviser le courant (Idc) et à le distribuer sur N sous-lignes connexions (65n), chaque sous-ligne (65n) est connectée à un nœud (60n2)- 8 - Analyzer according to one of claims 1 to 6 characterized in that the device (6a) consists of a current source (62) connected by a main connection (63) to a dividing device (69) adapted to divide the current (I d c) and distribute it over N sub-lines connections (65 n ), each sub-line (65 n ) is connected to a node (60 n 2) -
9 - Analyseur de spectre selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les entités (20n) sont des dispositifs en forme de piliers ayant une structure choisie parmi la liste suivante : 9 - spectrum analyzer according to one of claims 1 to 6 characterized in that the entities (20 n ) are pillar-shaped devices having a structure selected from the following list:
• un empilement constitué de: une électrode inférieure, une multicouche magnétique de type SyntheticAntiFerromagnet (SAF), une couche intermédiaire non magnétique, une couche active contenant un vortex magnétique et une électrode supérieure,  A stack consisting of: a lower electrode, a synthetic multilayer of SyntheticAntiFerromagnet (SAF) type, a non-magnetic intermediate layer, an active layer containing a magnetic vortex and a top electrode,
• un empilement constitué: d'une électrode inférieure, d'une multicouche magnétique de type SyntheticAntiFerromagnet (SAF), d'une couche intermédiaire non magnétique, d'une couche active contenant un vortex magnétique, d'une deuxième couche intermédiaire non magnétique, d'un polariseur magnétique perpendiculaire et d'une électrode supérieure,  A stack consisting of: a lower electrode, a magnetic multilayer of the SyntheticAntiFerromagnet (SAF) type, a non-magnetic intermediate layer, an active layer containing a magnetic vortex, a second non-magnetic intermediate layer, a perpendicular magnetic polarizer and a top electrode,
• un empilement constitué: d'une électrode inférieure, d'une première couche active contenant un vortex magnétique, d'une couche intermédiaire magnétique, d'une deuxième couche active contenant un vortex et d'une électrode supérieure, et  A stack consisting of: a lower electrode, a first active layer containing a magnetic vortex, a magnetic intermediate layer, a second active layer containing a vortex and an upper electrode, and
• un empilement constitué: d'une électrode inférieure, d'une multicouche magnétique de type SyntheticAntiFerromagnet (SAF), d'une couche intermédiaire non magnétique, d'une première couche active contenant un vortex magnétique, d'une deuxième couche intermédiaire non magnétique, d'une deuxième couche active contenant un vortex magnétique et d'une électrode supérieure  A stack comprising: a lower electrode, a synthetic multilayer of the SyntheticAntiFerromagnet (SAF) type, a non-magnetic intermediate layer, a first active layer containing a magnetic vortex, and a second non-magnetic intermediate layer; , a second active layer containing a magnetic vortex and a top electrode
10 - Analyseur de spectre selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le dispositif de mesure (68n) est un voltmètre pour mesurer la tension Vn aux bornes de chaque entité (20n) et le dispositif de traitement (7) est constitué de N comparateurs (71 n) des valeurs Vn à une valeur seuil. 1 1 - Analyseur de spectre selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'une entité a une forme ellipsoïdale, carrée ou rectangulaire. 10 - spectrum analyzer according to one of claims 1 to 9 characterized in that the measuring device (68 n ) is a voltmeter for measuring the voltage V n at the terminals of each entity (20 n ) and the processing device ( 7) consists of N comparators (71 n ) of the values V n at a threshold value. 1 - Spectrum analyzer according to one of claims 1 to 10 characterized in that an entity has an ellipsoidal shape, square or rectangular.
12 - Analyseur de spectre selon l'une des revendications 1 à 1 1 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs entités ou jonctions circulaires ayant des diamètres différents et variables entre 50nm à 1 m afin d'ajuster la fréquence sur une gamme de fréquences comprises entre 30 MHz et 2 GHz.. 12 - Spectrum analyzer according to one of claims 1 to 1 1 characterized in that it comprises several entities or circular junctions having different diameters and variables between 50nm to 1 m in order to adjust the frequency over a range of frequencies included between 30 MHz and 2 GHz ..
13 - Analyseur de spectre selon l'une des revendications précédentes caractérisé en que les entités ont une structure adaptée à produire une configuration magnétique correspondant à un vortex magnétique sans cœur de type C-state. 13 - Spectrum analyzer according to one of the preceding claims, characterized in that the entities have a structure adapted to produce a magnetic configuration corresponding to a magnetic vortex without heart type C-state.
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