TW201100835A - Electromagnetic detection apparatus and methods - Google Patents

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201100835 六、發明說明： 【相關專利申請案之交叉參考】 本申請案主張2009年5月14曰申請之美國暫時專利 申請案第61/178,212號之權益，該暫時專利申請案之全部 揭露内容均併入本案供參考。 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於自旋電子學(spintronics)的領域，且特 別是有關於電磁波偵測系統（electromagnetic wave detection systems)及方法。 【先前技術】 電磁波偵測器（detectors)用以偵測電磁波。習知之偵測 器直接運用電磁波的電場部分來偵測。然而，習知之偵測 器’可能難以偵測高功率電磁波且體積龐大。 【發明内容】 本發明提供電磁波偵測系統及方法。本發明提供一種 電磁波偵測系統，此系統包括一元件，此元件包括：第一 磁層（magnetic layer)，具有固定的磁化方向（magnetization direction);第二磁層，具有響應於電磁波之不固定的磁化 方向；以及阻障層（barrier layer)，位於第一磁層與第二磁 層之間。上述元件具有取決於固定的磁化方向與不固定的 磁化方向之間的相對角（relative angle)之阻抗 (impedance)。此相對角起初設定為大約90度。上述系統 更具有偵測器，用以測量表示電磁波之阻抗之變化。 本發明提供一種電磁波偵測系統。此系統包括一元 201100835 件，此元件包括：第一磁層’具有固定的磁化方向；第二 磁層，具有響應於電磁波之不固定的磁化方向；以及阻障 層，位於第一磁層與第二磁層之間。上述元件具有取決於 固定的磁化方向與不固定的磁化方向之間的相對角之阻 抗。上述系統也包括用以施加磁場至元件之外部的磁源 (magnetic source)。上述系統更具有偵測器，用以測量表示 電磁波之阻抗之變化。 本發明另提供一種電磁波偵測系統。此系統包括多個 〇 元件，每一個元件包括：第一磁層，具有固定的磁化方向； 第二磁層，具有響應於電磁波之不固定的磁化方向；以及 阻障層，位於第一磁層與第二磁層之間。每一個元件具有 取決於固定的磁化方向與不固定的磁化方向之間的相對角 之阻抗。上述系統更包括接收器(receiver)，用以接收電磁 波且傳送此電磁波至多個元件。接收器具有與多個元件相 對應之多個區段。多個區段將設定為電磁波在接收器的每 一個區段中具有不同的功率密度(power density)。上述系統 〇 更包括偵測器’用以偵測表示電磁波之多個元件之一的阻 抗之變化。 本發明提供一種用以偵測所接收的電磁波的相位 (Phase)之系統。此系統包括參考電磁波產生器（reference electromagnetic wave generator)及一元件，此元件包括：第 一磁層，具有固定的磁化方向；第二磁層，具有至少部分 地取決於所接收的電磁波及參考電磁波之不固定的磁化方 向；以及阻障層，位於第一磁層與第二磁層之間。上述元 201100835 件更具有取決於固定的磁化方向與不固定的磁化方向之間 的相對角之阻抗。上述系統也包括偵測器，用以偵測表示 所接收的電磁波的相對相位之元件的阻抗之變化。 本發明提供一種電磁波偵測方法。此電磁波偵測方法 先定位一種自旋電子元件(spintronic device)以便偵測電磁 波，此元件包括：第一磁層，具有固定的磁化方向；第二 磁層，具有響應於電磁波之不固定的磁化方向；以及阻障 層，位於第一磁層與第二磁層之間。上述元件具有取決於 固定的磁化方向與不固定的磁化方向之間的相對角之阻 抗。此相對角起初設定為大約90度。然後測定上述元件的 阻抗之變化。最後根據上述元件的自旋特性之變化來偵測 電磁波。 本發明另提供一種電磁波偵測方法。此電磁波偵測方 法先定位一種自旋電子元件以便偵測電磁波，此元件包 括：第一磁層，具有固定的磁化方向；第二磁層，具有響 應於電磁波之不固定的磁化方向；以及阻障層，位於第一 磁層與第二磁層之間。上述元件具有取決於固定的磁化方 向與不固定的磁化方向之間的相對角之阻抗。此相對角起 初設定為大約〇度與大約180同意之一。施加外部的直流 電(DC)磁場至上述元件。掃描外部的直流電(DC)磁場使相 對角從大約0度與大約180度之一切換到大約〇度與大約 180度之另一個。然後測定與相對角的切換區域(swkching region)相鄰之上述元件的阻抗之變化。最後根據上述元件 的自旋特性之變化來彳貞測電磁波。 201100835 為讓本發明能更明顯易懂 所附圖式作詳細 刃丨垔「文特舉實她例，並配合 ❹

字。當出現多個1其中類似的元件具有相同的參考數 個類似的元件，=的7^時’可分配單—參考數字給多 示全體元件或偏/、寫字母代號杨特定的元件。當表 母代號。這今I特疋的—個或多個元件時，可省略小寫字 繪示。相反—般而言圖的各種特徵並未按實際比例 伸或縮減。所清楚起見各種特徵的尺寸可任意地延 【實施方式r圖纽實财式如下所述。 電荷及自旋兩種特性。電子學(electronics) 電i的自旋特荷特性。自旋電子學的領域是根據 元件内的電子自^^子學通常是與侧及/或操控一 ^子自=向量一〇Γ)值’其方向定義為電子的磁化方 °吊兩種自方疋’亦即自旋向上(spin-up)及自旋向下 (sp^-down)。因此’可把電子分成自旋向上電子與自旋向 下电子。具有任意的自旋方向之電荷或電流可由這兩種基 底(bases)的組合構成。 在磁性材料中，一種電子自旋可能比另一種常見，在 此情況下將其疋義為多數自旋(maj〇rity Spin)與少數自旋 (minority spin)。在這種材料中，流經此材料的電流可視為 由對應於多數自旋電子流及少數自旋電子流之兩個平行通 道所構成。當每一個通道之電子數目不同時，整體電流將 帶有淨自疑方向’稱為自旋極化電流（spin-polarized 7 201100835 current) °此外’多數自旋通道的電阻抗與少數自旋通道的 電阻抗可能不同。同樣地，這些阻抗結合來產生單獨的整 體阻抗，稱為自；^疋相依阻抗(Spin_depen(jent impe(jance)。當 磁性材料的結構是多層系統時，系統的電性傳輸特性將取 決於每一磁層的磁化方向。材料或系統的電性傳輸特性可 $括例如流經系統的電流、系統的阻抗或跨越系統的電 壓。這些電性傳輸特性可隨著通過磁層的電子的自旋而變 動，因此也可視為自旋極化傳輸特性。須知在此任何參考 元件的電特性(例如電流、阻抗或電壓)將分別參照材料或 元件的自旋極化傳輸特性’其取決於材料或元件的磁特性。 虽在此使用時，術語「阻抗」是指元件所呈現的主導 (dominant)作用，亦即阻抗變化及/或電阻。在元件所呈現 的主導作用是阻抗變化之實施例中，將測定阻抗，而在元 件所呈現的主導作用是電阻之實施例中，將測定電阻。 現在將參考附圖來說明本發明。圖1A是依照本發明 之實施例之用以說明電磁波偵測系統及方法之系統丨。 此電磁波最好可在微波(microwave)範圍内；然而，須知系 統100可偵測微波範圍以外的電磁輻射。大致來說系統 100包括元件102及偵測器112。元件1〇2包括兩磁層\〇4 及106與阻障層1〇8。元件102也可包括固定層（fking layer)U〇。以下說明系統100的其它另外的細節。 磁層104及106是磁性材料層。在一實施例中，磁層 104 及 1〇6 由鐵磁性材料(ferroniagnetic materjal)構成。然 而，須知磁層104及106可由其他的磁性材料構成，其中 201100835r 包括例如鐵氧磁材料(ferrimagnetic materials)、反鐵磁材料 (antiferromagnetic materials)或磁性材料的組合。適合於磁 * 層104及106的磁性材料可包括例如元素鎳(Ni)、鐵(Fe)、 * 猛(Mn)、鈷(Co)或其合金之至少一種，或是半金屬鐵磁體 (half-metallic ferromagnets)，例如鎳錳銻(NiMnSb)、鉑錳 銻(PtMnSb)、四氧化三鐵(以⑹或二氧化鉻(Cr〇2)。任何 所屬技術領域中具有通常知識者將由此處說明得知其他適 ◎ 合於磁層104及106的磁性材料。 阻障層108位於磁層1〇4與磁層106之間。在一實施 例中，阻障層108由絕緣材料構成，例如鋁(A1)、鎂(Mg)、 矽(Si)、铪(Hf)、勰(Sr)、鋅(Zn)、锆(Zr)或鈦(Ti)之一種或 多種的氧化物或氮化物。在另一實施例中，阻障層1〇8可 由導電材料構成。此種導電材料可容許電子輕易地從某一 磁層到達另一磁層。任何所屬技術領域中具有通常知識者 將由此處說明得知適合於阻障層1〇8的導電材料。 固定層110的位置可與磁層1〇4相鄰◦在一實施例 〇 中，固疋層11〇固定磁層104的磁化方向。固定層1 ίο可 由單層材料構成或由一種或多種材料的多層式堆疊構成， 如同任何所屬技術領域中具有通常知識者所周知。固定層 110最好可由反鐵磁或鐵磁性材料構成，例如鐵錳 (FeMn)、鎳錳(NiMn)、鐵鎳錳(FeNiMn)、鐵錳铑(FeMnRh)、 錢鐘(RhMn)、鈷鐘(CoMn)、鉻猛(CrMn)、鉻短鉑（CrMnPt)、 鉻錳铑(CrMnRh)、鉻錳銅(CrMnCu)、鉻錳鈀(CrMnPd)、 鉻錳銥(CrMnlr)、鉻鎳錳(CrMnNi)、鉻錳鈷(CrMnC〇)、鉻 9 201100835 錳鈇（CrMnTi)、鉑錳（PtMn)、鈀錳（PdMn)、鈀鉑錳 (PdPtMn)、銥錳(IrMn)、一 氧化鎳(Ni〇)、一 氧化鈷(c〇〇)、 釤鈷(SmCo)、鈦鐵硼(NdFeB)、鐵鉑(FePt)或這些材料的組 合，上述材料固定磁層104的磁化方向。任何所屬技術領 域中具有通常知識者將由此處說明得知其他適合於固定層 110的材料。 曰 元件102具有取決於元件102的各層1〇4_11〇之相關 阻抗。在一實施例中，元件1〇2的阻抗取決於磁層1〇4及 106的磁化方向。磁層104及1〇6之每一層具有相關的磁 化方向（如圖1B及圖1C之箭頭所示）。在一實施例中，磁 層1〇4的磁化方向固定於單一方向，而磁層1〇6的磁化方 向則是不固定的或隨意的。 定位與磁層104相鄰之固定層110可固定磁層1〇4的 磁化方向。磁層106的不固定的磁化方向起初可設定為相 對於磁層104的固定的磁化方向之已知方向。例如，磁層 106的初始磁化方向可平行於磁層1〇4的磁化方向，如圖 1B所示。另一方面，磁層1〇6的初始磁化可垂直於磁層 104的磁化方向，如圖1C所示。然而，在另一種結構中， 磁層106的不固定的磁化方向可從初始設定方向隨意地旋 轉，例如旋轉完整的360。。以所期望之不固定的磁化方向 施加外部的直流電(DC)磁場至元件1〇2可選擇磁層1〇6的 初始磁化方向。外部的電磁體(electr〇magnet)或與元件1〇2 相鄰之直流電(DC)電流可產生外部的直流電(DC)磁場。 元件102的阻抗取決於磁層1〇4及1〇6的磁化方向之 201100835 間的相對角。圖ID是根據磁層i〇4及i〇6的磁化方向之 間的相對角所繪示之元件1〇2的阻抗的曲線圖。在一實施 例中，當固定的磁化方向與不固定的磁化方向之間的相對 角是〇°(亦即兩方向平行)時元件102的阻抗的大小是最小 的。當固定的磁化與不固定的磁化之間的相對角是18〇。(亦 即兩方向反向平行或相反)時元件102的阻抗的大小是最 大的。 磁層106的磁化方向至少部分地取決於元件102所接 〇 ，的磁場。因此，以下將更詳細予以討論，將磁層106暴 露於具有電場及磁場部分之電磁波可導致磁層1〇6的磁化 方向改變。磁層的不固定的磁化方向之變化導致相對 角^變化’因而改變元件1〇2的阻抗。因此，元件1〇2的 阻抗在暴露於磁場時可能改變，所以至少部分地取決於所 接收的電磁波。 3雖然兀件102繪示成具有相同寬度的各層104-110， 但疋須知當需要最佳化元件1〇2的阻抗及磁化方位時元件 〇 \02的任何層可較寬或較窄。在一較佳實施例中，元件102 疋^有較大的磁阻抗(magnet〇impedanceX例如大於5%)之 自疋電子元件’其中包括例如磁穿隨接面(⑽呂加如加咖1 junction)或自旋閥(spin valve)。然而，元件1〇2可以是任何 適合的自旋電子元件。任何所屬技術領域中具有通常知識 者將由此處說明得知適用於本發明之元件1〇2。 制，112測量跨越元件1〇2的電壓。在一實施例 中’侧器112是例如鎖相放大器(lock-in amplifier)之電 201100835 壓偵測器。然而，偵測器112可以是任何適合的電壓偵測 器。偵測器112所測量的電壓取決於元件1〇2的阻抗。如 上所述，暴露於電磁波可改變元件102的阻抗。因此，系 統100可根據元件102的阻抗之變化來偵測電磁波，此變 化反映偵測器112所測量的電壓之變化。任何所屬技術領 域中具有通常知識者將由此處說明得知適合的電壓偵測 器。 現在將說明電磁波與不固定的磁化方向之間的交互 作用。在一實施例中，自由磁層（freemagneticlayer)對鐵磁 共振(ferromagnetic resonance)很敏感。這意味當暴露於電 磁波時’不固定的磁化方向將進動(precess)以響應於電磁 波的磁場部分。自由磁層具有特定的鐵磁共振頻率 (ferromagnetic resonant frequency)，不固定的磁化方向在此 頻率經歷表大的進動角（angle precessi〇n)。這頻率可能位 於微波範圍。 、不固定的磁化方向的進動角取決於電磁波的磁場部 刀及頻率例如，當電磁波的磁場部分的大小增加時，磁 化方向的進動角將增加。在另—例中，當電磁波的頻率接 近磁層的鐵磁共振頻树’磁化方向的軸肖也將增加。 在固定的磁層與不蚊的磁層起初設定為特㈣相對角 (例如平仃或垂直)之結構巾，暴露於電磁波可使固定的磁 向1、不固疋的磁化方向之間的相對角進動大約預定的 二哭之進動導致元件的阻抗之變化，適合的電壓 / ° β及此變化。這容許本發明的示範元件將所接收 12 201100835 的電磁波轉換成能以偵測器測量的電壓訊號。 圖2是依照本發明之—實施狀—種電磁波彳貞 之流程圖200。為了便於說明，將參考圖u至圖⑴ 統零組件來說關2的步驟。任何所 有:手雨 常知識者將由此處說明得知在不脫離本發明=二 使用不同的零組件。 祀田了

=步驟搬’定位-種自旋f子元件轉收電磁波。 在一實施例中，定位元件1G2以接收電磁波。如上所述， 兀件逝具有至少部分地取決於分層⑽ 向，層1〇6的不固定的磁化方向之間的相對C阻=方 =的磁化方向與不固定的磁化方向之間的相對角起初可 设定為90。，這樣可提供將在此討論之優點。當元件逝 接收電磁波時，不固㈣磁化方向將進動，導致相對角之 變化及元件102的阻抗之變化。 於步驟204，測定上述元件的阻抗之變化。在一實施 例中，元件102的阻抗結合電流來產生跨越元件1〇2的電 壓偵測ϋ 112 >則量跨越元件1〇2的電壓。跨越元件1〇2 的電壓之任何變化對應於元件1〇2的阻抗之變化。 ，步驟206’偵測電磁波。在一實施例中，偵測器112 所^量的電壓之變化對應於元件102❸阻抗之變化。阻抗 之變化是由於暴露於電磁波所致。因此，跨越元件102的 電壓之變化表示偵測到電磁波。偵測器112所測量的電壓 之變化更可測定電磁波的額外特性，例如功率、頻率及/ 或相位，以下將予以更詳細說明。 201100835 圖3A是依照本發明之一實施例之一種電磁波偵測系 統300的示意圖。大致來說’系統300包括元件3〇2、電 流源（current source)311、偵測器312以及電磁波源 (electromagnetic wave source)314。系統 300 更可包括接收 器316。系統300可用以偵測多個頻率遠低於元件go〗的 鐵磁共振頻率之電磁波。以下將提供系統30〇的額外細節。

元件302實質上是參考元件102之上述自旋電子^ 件。元件302包括具有固定的磁化方向之第—磁層及具有 不固定的磁化方向之第二磁層。元件3〇2包括位二兩磁層 之間的阻障層。元件302更可包括固定層，用以固定上述 磁層之一的磁化方向。元件302具有至少部分地取決於兩 磁層的磁化方向之間的相對角之阻抗。 兀仟川2的磁化方向設定為平行或反向平行。因此 在元件302的一實施例中，不固定的磁化方向的初始方 與固定的磁化方向同向，並且固定的磁化方向與不固°定 磁化方向之間的相對角是大約〇。。在元件302的另一實

例中’不E1定的磁化方向的初始方位與固定的磁化方向 向:並且时的磁化方向與不固定的磁化方向之間的相 角是180°。 電流源311用以提供流經元件3〇2之電流。在一 例中’電流源311是怪定的直流電(DC)源。任何所 領域中具有通常知識者將__於本發明之電流源。) 偵測器312測量跨越元件3〇2的電壓。在施 中，債測器312是例如鎖相放大器之電壓侦測器。然而' 14 201100835 偵測益312可以是任何適合的電壓偵測器。偵測器312所 測量的電£起因於元件3〇2的阻抗結合電流源⑴所提供 的電流。如上所述，縣件302 |露於電磁波時可改變元 件302的阻。因此，系統3〇〇可根據元件搬的阻抗之 變化來偵測電磁波，此變化將反映於_器3丨2所測量的 電壓。任何所屬技術躺巾具有通f知識者將減處說明 得知適合的電壓偵測器。 Ο ο …電磁波源3U放射電磁波。電磁波源最好放射微 波範圍内的電磁幅射；然而，須知電磁波源314可放射其 他的電磁幅射。偵測器3〇2暴露於電磁波源314所放射的 電磁波。在-實施例中，電磁波源314之電磁波使自由磁 層的不固定的磁化方向進動。不固定的磁化方向之進動使 元件302之固定的磁化與不固定的磁化之間的相對角進動 大約0。或大約180。。相對地，相對角之進動導致元件3〇2 的阻抗之變化以響應於從電磁波源314接收電磁波。電磁 波源314可以是想要偵測的任何電磁幅射源。 接收器316可用以從電磁波源314接收電磁波且將其 傳送至元件302。接收器316可與元件302耦合使得接收 器316將所接收的電磁波的磁場部分聚焦於元件3〇2。在 一實施例中，接收器316可以是例如短路共平面波導 (shortedcoplanarwaveguide)之波導。然而，接收器可以是 適合於從電磁波源314接收電磁波且將其傳送至元件 之任何波導或天線(antenna)。任何所屬技術領域中具有通 常知識者將由此處說明得知適用於本發明之接收器316。 15 201100835 圖3B是元件302的阻抗為時間的函數之曲線圖35〇。 如上所述’當固定的磁化方向與不固定的磁化方向之間的 相對角是180°時，元件302將具有最大的阻抗。元件 的最大阻抗是1〇,〇〇〇歐姆(Ω)，如曲線圖35〇的線所 示。如上所述，當施加電磁波至元件3〇2時，不固定的磁 化方向將從反向平行結構進動’使相對角來回地進動大約 180。。因為最大的相對角是180。，所以進動週期性減少相 對角’因而週期性降低元件302的阻抗。圖3B怜亍電磁 波導致週期性地降低元件302的阻抗。在此結構;，元 302的平均阻抗變成9,900歐姆(Ω)，如曲線圖35〇的線354 所示。 返回參照圖3A，阻抗之變化結合來自電流源3ιι之 電流而產生·之變化。偵測器112測量跨越元件迎 電壓之這種變化。因此’暴露於電磁波可導致跨越搬 的電麗之變化。偵測器312測量此種電麼變 偵測電磁訊號。 乐玩*300 系統300也可用以根據偵測器312所測量的電壓 疋電磁波的特性。例如，系統300可用以測定所接收雷 磁波的頻率。在一實斿似由_& 坏接收的電 頻率取決於雷磁、力㈣$ ’兀件搬的相對角之進動的 員：夫於電磁波的頻率’而元件3〇2的阻抗之 _的頻率】312所測量的電 磁波的頻率。 可精由測量電壓的頻率來測定電 在另一實施例中’將债測器312所測量的電壓當作外 16 201100835ι 部施加的直流電(DC)磁場的函數時可測定磁波(magnetie wave)的頻率。可由與元件3〇2相鄰之電磁體的或電流(未 ’ 緣不)來施加外部的直流電(DC)磁場。施加直流電(DC)磁場 ，至元件302可改變不固定的磁層的鐵磁共振頻率。不固定 的磁層的共振頻率等於： f = r^Hdc + HJ(Hdc + Han + Ms) 其中γ是旋磁比(gyromagnetiC rati〇)，Hdc是所施加的直流 0 電(DC)磁場’ Han是磁異向場(anisotropy field)，並且Ms是 飽和磁化(saturation magnetization)。γ、Han 以及 Ms 的數值 都取决於不固定的磁層所使用的磁性材料，並且可能是預 定的。因此，可掃描所施加的直流電(Dc)磁場Hdc來調整 鐵磁共振頻率以配合電磁波的頻率。如上所述，當電磁波 頻率與鐵磁共振頻率相匹配時，電磁波的磁場部分將以最 大的角度來進動不固定的磁化，因而導致元件3〇2的阻抗 大變化。為了測定電磁波的頻率，可掃描所施加的直 流電(yc)磁場且觀察產生偵測器312所測量的最大電壓變 〇 化之場Hdc，此變化對應於元件302的最大阻抗變化。然 後可利用發生最大阻抗變化之Hde的數值來測定頻率。…、 此外，系統300可用以測定所接收的電磁波的功率。 在一實施例中，元件302的相對角之進動的大小取決於電 磁波的功率，而元件302雜抗之變化的大小亦然。尤其， 阻抗之變化的大小可與電磁波的功率的平方根成正比。因 此，電磁波的功率可與_器312所測量的電壓的大小成 正比。可藉由測量電壓的大小（因而也測量阻抗之變化的大 201100835 。V» W/ Λ. i. 小）來測定電磁波的功率。 系統300也可設定為電磁波解調器咖⑽她㈣。在 -實施例中’從電磁波源314接收的電磁波可以是交流電 (AC)訊，波調變的高頻電磁載波(carrier wave)，亦即微波 載波。藉由施加電流源311之電流，元件3〇2的阻抗之變 化將導致電壓之變化。電壓之這種變化可與電磁波所調變 的交流電(AC)訊號成正比。對於調幅(amplitudem〇dulati〇n) 而言，偵測器312可運用低通濾波器〇〇w_pass mter)來濾 除電磁載波。在此情況下，偵測器312所測量的電壓可與 電流源311之直流電(DC)電流、電磁波之交流電(AC)訊^ 以及諧波(harmonics)成正比。然後可取出交流電（AC)訊 號。可使用類似的技術來取出已調頻(frequencym〇dulated) 或調相(phase modulated)的電磁波之交流電(AC)訊號。 系統300更可特別用以债測多個頻率低於不固定的磁 化方向的鐵磁共振頻率之電磁波的功率。圖3C是跨越元 件302的電壓為所施加的外部磁場強度的函數之曲線圖 360。在一實施例中，施加外部的直流電(DC)磁場至元件 302，如上所述。與元件相鄰之電磁體或外部電流(未繪示） 可產生外部的直流電(DC)磁場。當從負強度到正強度掃描 外部的磁場時，不固定的磁化方向可在反向平行結構與平 行結構(如箭頭362及364所示)之間切換。在平行結構中， 所測量的電壓可表示成Vb+a5cp2(Hp)hrf2，其中％是背景訊 號(background signal)，a是係數，χρ(Ηρ)是在平行結構中元 件的不固定的磁層的磁化率(susceptibility)，並且hrf是電磁 201100835^ 波的磁場部分。同樣地，在反向平行結構中，測量的電壓 可表不成Vb-%p2(Hap)hrf2，其中是在反向平行結構 . t元件的不較的磁層的磁化率。平行結構與反向平行結 .1Μϋ(Δν)0 a[^(Hp)+Xa/(Hap^ 〇 因此’可使用Δν的數值來測定電磁波的功率。在一較佳 實施例中，測量跨越元件3G2的電壓可獲得Δν的數值， 兀件302與切換區域直接相鄰，切換區域是外部的磁場使 猶從平行切_反向平行或狀向平行切_平行之位 置。AV之這種測量繪示於圖3C之點366與點368之間。 這種結構對於偵測低頻電磁波(例如從大約1〇〇赫(Ηζ)到 5〇〇百萬赫(MHz))特別有用。然❿，對於其頻率較接近鐵 磁共振頻率之電磁波，最好利用鐵磁共振效應來偵測，如 上所述。 圖4A是依照本發明之一實施例之一種電磁波偵測系 統400的示意圖。大致來說，系統4〇〇包括元件4〇2、偵 測器412以及電磁波源414。系統400更可包括接收器 Ο 416。以下將提供系統400的額外細節。 元件402實質上是參考該元件1〇2之上述自旋電子元 件。元件402包括具有固定的磁化方向之第一磁層及具有 不固疋的磁化方向之第二磁層。元件402包括位於兩磁層 之間的阻障層。元件402更可包括固定層，用以固定上述 磁層之一的磁化方向。元件4〇2具有至少部分地取決於兩 磁層的磁化方向之間的相對角之阻抗。 元件402的第一及第二磁層的磁化方向設定為互相垂 201100835 直。因此，在元件402的-實施例中，不固定的磁化方向 起初設定為垂直於固定的磁化方向，使得固定的磁化方向 與最初的不固定的磁化方向之間的相對角是大約9〇。。 以下將更詳細地說明，系統400可在不需要如同系統 300所提供的外部電流源之情況下操作。因此，系統4㈧ 可以是被動系統(passive system)。然而，須知系絲4〇〇 可包括與參考該系統3〇〇之上述電流源3丨丨相類似 源。須知當系統棚與電流_合時，其功能類似於^

300，如上所述。 C 偵測器412測量跨越元件402的電壓。在一實施例 中，偵測器412是例如鎖相放大器之電壓偵測器。然而， 偵測器412可以是任何適合的電壓偵測器。偵測器412所 測量的電壓取決於元件402的阻抗。如上所述，暴露於電 磁波時可改變元件402的阻抗。此外，稱後將說明，將元 件402暴露於電磁時可在元件4〇2中感應電流。因此，系 統400可根據元件4〇2的阻抗之變化來偵測電磁波，此變 化反映於偵測器412所測量的電壓。任何所屬技術領域中 ❹ 具有通常知識者將由此處說明得知適合的電壓偵測器。 ^電磁波源414放射電磁波。電磁波源414最好可放射 微波範圍内的電磁幅射；然而，須知電磁波源414可放射 其他的電磁幅射。偵測器402暴露於電磁波源414所放射 =電磁波。在一實施例中，電磁波源414之電磁波使不固 定的磁化方向進動。不固定的磁化方向之進動使元件4〇2 之固定的磁化與不固定的磁化之相對角進動大約9〇。。相 20 201100835 對角之進動導致元件402的阻抗之變 4H之電磁波。電磁波^14，，以響應於電磁波源 幅射源。是任何想要偵測的電磁 值、，收f 416可用以從電磁波源414接收電磁波且將其 接收器416可與元件搬輕合以便將所 接收的電磁波的磁場部分聚焦於元件搬。在一實 中;接收器416可以是例如㈣的共平面波導(Wded

C

C〇Pl_waveguide)之類的波導。然而，接收器可以是適合 於從電磁波源414接收電磁波且將其傳送至元件術之任 何，導或天線。任何所屬技觸域巾具㈣f知識者將由 此處說明得知適用於本發明之接收器416。 圖4B是兀件402的阻抗為時間的函數之曲線圖45〇。 元件402在90。之相對角時具有8,5〇〇歐姆⑼之阻抗，如 曲線圖450的線452所示。當施加電磁波至元件4〇2時， 不固定的磁化方向將自垂直結構而發生進動，使相對角來 回地進動大約90。。當相對角週期性上升及下降時，元件 402的阻抗同樣地上升及下降。圖_會示電磁波導致元件 402的阻抗週期性上升及下降。在此結構中，進動不改變 元件402的平均阻抗。 元件402所接收的電磁波產生電場及磁場兩者。如上 所述’電磁波的磁場部分可使不固定的磁化方向進動，因 而導致元件402的阻抗之變化。此外，電磁波的電場部分 可在兀件402中感應電流。然、後，變化的阻抗及感應的電 流可產生跨越元件402的電壓。因此，可在不需要如同系 21 201100835 —.Γ — 統300所述之外部電流源之情況下產生跨越元件4〇2 壓。 巧电 圖4C是繪示阻抗、感應電流以及跨越元件4〇2的感 應電壓之變化之曲線圖460及470。尤其，曲線圖46〇對 應到將元件402暴露於其頻率實質上不等於不固定的磁層 的鐵磁共振之電磁波（偏共振(〇ff_res〇nance))，而曲線圖 470則對應到將元件4〇2暴露於其頻率等於不固定的磁層 的鐵磁共振頻率之電磁波(正共振(on-resonance))。在偏丘 振結構中’磁場部分所導致的阻抗462之變化的大小比較 〇 小(例如20歐姆⑼）。此外，阻抗462之變化與電場部分 所感應的電流464反相。因此，並未感應跨越元件4〇2的 電壓466。在正共振結構中，磁場部分所導致的阻抗472 之變化的大小比較大。此外，阻抗472之變化與電場部分 所感應的電流474同相。因此，將會感應跨越元件4〇2的 非零電壓476。當偵測器412測量跨越元件402的電壓時， 非零電壓的測量表示電磁訊號的偵測。 返回參照圖4A，系統400也可用以根據偵測器412 Q 所測量的電壓來測定電磁波的特性。利用參考該系統3〇〇 之上述步驟’可使用系統400來測定所接收的電磁波的頻 率及/或功率。同樣地，利用參考該系統300之上述步驟， 系統400可設定為電磁波解調器。 系統400更可設定為電磁波調變器(m〇dulat〇r)或放大 器。在—實施例中，可將類似於電流源311之電流源加入 系統400。為了當作調變器，電流源可施加流經元件402 22 201100835 之交机電(ac)。這電流結合元件4〇2的阻抗來產生跨越元 =4〇2的輸出電壓。偵測器412所測量的電壓可以是已調 羑的電磁波之形式，其中電流裝置之交流電(AC)訊號調變 所接收的電磁波。為了當作放大器，電流源可施加流經元 件402之直流電(1)(：)。這電流結合該元件4〇2的阻抗來產 ^跨越το件402的輸出電壓。偵測器412所測量的輸出電 壓的頻率將等於所接收的電磁波的頻率，此輸出電壓藉由 施加直流電(DC)電流而予以放大。 系統400也可用以偵測電磁波的電場部分與磁場部分 之間的相對相位。在一實施例中，施加掃描的外部直流電 (fc)磁場至元件402，如上所述。然後，偵測器412可測 置磁场掃也所導致的電壓的頻譜(spectrum)。電磁波的電場 部分與磁場部分之間的相對相位將導致元件4〇2的感應電 流與阻抗之間的相對相位。感應電流與阻抗之間的相對相 位可反映於偵測器412所測量的電壓頻譜，亦即，場掃描 電壓頻譜(field-swept voltage spectrum)的特定輪廓(profile) 〇 可對應於電磁波的相對相位。因此，可從在掃描外部的直 流電(；DC)磁場期間所測量的電壓頻譜看出所接收的電磁 波的相對相位。任何所屬技術領域中具有通常知識者將由 此處說明得知以這種電壓頻譜來測定相對相位。 圖5A是依照本發明之一實施例之一種電磁波偵測系 統500的示意圖。系統500用以偵測較廣的功率範圍之電 磁波。大致來說，系統5〇〇包括元件502a-502c、電流源 511、偵測器512、電磁波源514以及接收器516。以下將 23 201100835 V ν W 卜▲ t 提供系統500的額外細節。

元件502a-502c實質上是參考該元件1〇2之上述自旋 電子元件。元件502a-502c之固定的磁化方向與不固定的 磁化方向可設定為平行/反向平行或垂直，如上所述。暴 露於電磁波時將改變各元件502a_502c的阻抗。雖然圖5A 繪示三個元件，但是須知任何數目的元件5〇2皆可用@以達 成較廣的電磁波偵測範圍。 〇 電流源511用以提供流經各元件5〇2a_5〇2c之電流。 偵測器512測量跨越各元件5〇2a_5〇2c的電壓。系統1㈧ 可根據各元件5G2a-5()2e的阻抗之變化來細電磁波，此 變化將反映於偵測器512所測量的電壓。電磁波源514放 射要偵測的電磁波，如上所述。電磁波源514最好可放射 微波幅射，然而，須知電磁波源514可放射其他的電磁幅 射。 田

、系統通根據_器512所測量的電壓來彳貞測 波。如上所述，系統500可用以獲得與電磁波有關的 例如頻率及/或功率’其中電磁波的此種特性__ 件502a-5G2c而產生且藉由偵測n 512而測量 ^ 比。在一實施例中，元件502a_502c之每一個皆 越各7L件502a-5G2c的電壓與所接收的電磁波 二、（QUtpm)為電磁波的功率的函數之曲線圖55〇，其 示夕個元件502a-502c之任一個。曲線圖550令一 施具有線性正比的電„應區域552n。線=應^ 24 201100835 (linear response range)552n覆蓋電磁波的功率頻譜之大約 20-30分貝（decibels)。在這範圍552n之上，元件5〇2n不 • 產生與電磁波功率成線性正比之輸出電壓。電磁波所導致 . 之跨越該元件502η的電壓處於非線性範圍較無助於偵測 或獲得與電磁波有關的資訊。因此，單一元件5〇2η之電磁 波偵測的有效範圍可能侷限於大約2〇_3〇分貝。 系統500使用多個與接收器516轉合的元件5〇2a-502c 可增加電磁波偵測之這種範圍。接收器5丨6從電磁波源514 G 接收電磁波且傳送此波至元件502a-502c。在一實施例中， 接收器516是具有二個區段518a_518c之串聯共平面波導 (cascading coplanar waveguide)。然而，接收器 516 可以是 適合於運用串聯電路從電磁波源514接收電磁波且將其傳 送至元件502a-502c之任何波導或天線。此外，接收器516 可具有任何數目的區段518，例如與元件502的數目相對 應之數目。區段518a-518c之每一個與相對應的元件 502a-502c耦合’以便將所接收的電磁波的磁場部分聚焦於 〇 相對應的元件。尤其，所接收的電磁波的磁場部分可能與 接收器514的區段518η的寬度成反比。因此，接收器516 的區段518a-518c設定為當電磁波串聯或從較大的區段到 較小的區段時所接收的電磁波的功率密度將增加。 例如’區段518a可設定為具有1〇〇微料μιη)之寬度 且區段518b可設定為具有1〇微米（μιη)之寬度。在此結構 中’區段518a之電磁波的功率密度可一百倍小於區段518b 之相同電磁波的功率密度。因此，若電磁波的功率在元件 25 201100835 502b的線性響應範圍552b以上，則此波的功率密度在區 4又518a中將疋低了 20分貝，並且可能落在元件5〇2a的線 性響應範圍552a内。 藉由組合各元件502a-502c的線性響應範圍，具有串 聯區段之接收器516的結構有效地增加系統5〇〇的電磁波 偵測範圍。如上所述，利用任何數目的元件5〇2搭配接收 器516可最佳化系統5〇〇的線性響應範圍。當電磁波落在 單一元件502η的線性響應範圍内時，可運用開關 (switch)520使偵測器512測量只跨越該元件502η的電壓。 系統500也可用以根據偵測器512所測量的電壓來測 定電磁波的特性。利用參考該系統3〇〇之上述步驟，系統 500可用以測定所接收的電磁波的頻率及/或功率。同樣 地，利用參考該系統300之上述步驟，系統5〇〇可設定為 電磁波解調器。 圖6Α是依照本發明之一實施例之一種電磁波偵測系 統600。系統600更用以偵測所接收的電磁波的相位。大 致來說，系統600包括元件602、電流源(未繪示）、偵測器 (未繪示）、電磁波源614、接收器616、參考波源(reference wave source)622、相位調整器（phase tuner)624以及參考波 接收益（reference wave receiver)626。以下將提供系統6〇〇 的額外細節。 元件602實質上是上述自旋電子元件。元件6〇2之固 疋的磁化方向與最初的不固定的磁化方向設定為平行或反 向平行，如上所述。暴露於電磁波時可改變元件6〇2的阻 201100835. 抗。系統600包括產生流經元件6〇2之電流的電流源(未洛 示），藉以產生跨越元件602的電壓。系統6〇〇更包括用二 - 測量跨越元件6⑽的電壓之偵測器（未繪示）。系統6〇〇可 根據元件602的阻抗之變化來偵測電磁波，此變化將反映 . 於偵測器所測量的電壓。電磁波源014放射電磁波，'如上 所述。接收器616從電磁波源614接收電磁波且將其 至元件602。 ' 上述參考波源622放射一種參考電磁波。在一實施例 G 中，參考波源622是任何可調整頻率的電磁波源。夫考波 源622放射其頻率調整為等於從電磁波源614接收的電磁 波的頻率之參考電磁波。在另一實施例中，分割 ，614接收的電磁波可獲得參考波，例如，如^習知之向 量網路分析器(vector network anaiyzers)。在這實施例中， 可省略該參考波源622。任何所屬技術領域中具有通常知 識者將由此處說明得知適合的參考波源。 八 相位調整器624調整該參考波源622之參考電磁波的 Ο 相位。在一實施例中，相位調整器024從參考波源622接 收參考電磁波。相位調整器調整該參考電磁波的相位且傳 ^此波至參考波接收H 626。任何所屬技術領域中具有通 私知識者將由此處說明得知適合的相位調整器。 參考波接收器626從相位調整器624接收該參考電磁 至元件602。在-實施例中，參考波接收器 貫質亡是與接收器616相同形式之波導或天線。 系統600可偵測所接收的電磁波的頻率或功率已如 27 201100835 ^，。此外’系統_可偵測所接收的電磁波的相位。 f 一實_ t，系統6G(H貞測從電磁波源6 後調整該參考電磁波源622以便放射其頻率 雜從電磁波源6H接收的電磁波的頻率之參考電磁波。 整器624從0。到36〇°掃描該參考波的相位。該參考 相位調整器’接收該參考波且傳送此波 將f Μ。系統_㈣測器在掃描該參考波的相位時 將測置跨越元件602的電壓。 〇 壓沾f Γ是細本發明之—實關之跨越元件602的電 料Ϊ ί圖650 °曲線圖650繪示所測量的電壓，此電壓 的:於攸〇到36〇。之一次掃描的參考波的相位。當所接收 遠至^波的相位等於該參考波的相位時，所測量的電麼將 廍於一 ^的數值。因此，所測量的電壓之峰值(peak)652對 ❹ :Jr会Ϊ域’其中所谓測的電磁波源614之電磁波與所參 奉絲'電，波源622之參考波具有相同的相位。因此， ^、、、600可藉由記錄在相位掃描期間偵測到電壓峰值之時 曰點的參考波相位來測定所接收的電磁波的相位。 返回參照圖6A’系統_更可設定為電磁波向量網 刀析。系統_可根據所測量的電壓之比例來測定 收的電磁波的功率，已如上所述。此外，系統600可利 領^述步驟來測定所接收的電磁波的相位。任何所屬技術 乂域^具有通常知識者將明瞭系統_可設定為向量網路 刀析器。另一方面，系統600可設定為頻譜分析器（spectrum analyzer)。如上所述只有當參考電磁波的頻率等於接收 28 201100835r 電磁波的頻率時，所測量之跨越元件602的電壓才會隨 相位變動。因此，調整該參考電磁波源622的頻率二測定 _ 所接收的電磁波的頻率直到測量到相位相依電壓 (phase_dependent她哪)(表示該參考電磁波源622及所接 收的波源綱以相同的頻率放射)為止。任何所屬技術領域 中具有通常知識者將明瞭系統6 〇 〇可設定為頻講分析器。 圖Μ是依照本發明之—實施例之一種電磁波伽系 〇統700的示意圖。系統700也用以偵測所接收的電磁波的 相位。大致來說’系、统700包括元件7〇2、偵測器（未繪 電磁波源714、接收器716、參考波源722、相位調整器724 以及參考波接收器726。以下將提供系統7〇〇的額外細節。 須知相位偵測在獲得場掃描鐵磁共振輪廓時可以不需要相 位調整H 724’這可由任何所屬技術領域巾具有通常知 者由此處的說明得知。 兀件702實質上是上述自旋電子元件。元件7〇2之固 定的磁化方向與不固定的磁化方向設定為垂直，如上所 ϋ述。暴露於電磁波時可改變元件7〇2的阻抗。系統7〇〇更 包括用以測量跨越元件702的感應電壓之偵測器（未緣 Γ。可根據元件7G2的阻抗之變化來偵測電磁 變化將反映於偵測器所測量的電壓。電磁波源714 放射電磁波，如上所述。 接收器716從電磁波源714接收電磁波。在一實施例 、’，枚器716是短路的共平面波導。然而，接收器716 可以是任何適合的波導或天線。接收器爪並未直接與元 29 201100835 件702麵合。取而代之，接收器716從電磁波源714接收 電磁波’然後放射此波之磁場。將元件7G2暴露於這已放 射的磁場將導致元件搬的阻抗之變化，已如上所述。 n在一實施例中，參考波源722放射其頻率調整為等於 從電磁波源714接收的電磁波的頻率之參考電磁波。相位 调整器724調整此參考電磁波的相位且傳送此波至 接收器726。 參考波接收器726從相位調整器724接收參考電磁 波。在一實施例中，參考波接收器是開放的共平面波導 〇 (opencoplanar waveguide)。然而，參考波接收器726可以 是任何適合的波導或天線。參考波接收器726將參考波之 電場聚焦於元件702。元件702接收這電場，因而產生流 經元件702之電流。 如同以上參考系統400所述，元件702的阻抗之變化 結合元件702的感應電流來產生跨越元件7〇2的電壓。然 後，系統700的偵測器測量這電壓。系統7〇〇可利用所測 里的毛麼來偵測所接收的磁波的頻率或功率，已如上所 ◎ 述。此外’系統700可偵測所接收的電磁波的相位。在一 實施例中’偵測器所測量的電壓輪廓至少部分地取決於接 收器716所放射的電磁波的磁場與參考波接收器726所傳 送的參考波的電場之相位差。 圖7B是四個跨越元件702的電壓輪廓760-790的電 腦影像(computer image)750。圖 7B 包括曲線圖 760-790， 其中包括所測量的電壓的示範輪廓。曲線圖760-790之每 30 201100835 一個對應於所接收的電磁波的磁場與參考波的電場之間的 相位差。相位調整器724可用以測定參考波的相位。因此， 700可根據所測量的電壓的輪廓及參考波的相位來測 • 定從電磁波源714接收的電磁波的相位。 返回參照圖7A，為了測定所接收的電磁波的相位， 參考波的相位已知之系統7〇〇可省略相位調整器724。然 而，系統700更可設定為例如使用相位調整器724之電磁 〇 波向量網路分析器或頻譜分析器，如同以上參考該系統 =00所述。任何所屬技術領域中具有通常知識者將由此處 戎明得知系統700可設定為電磁波向量網路分析器或頻譜 分析器。 雖然在此參考特定的實施例來繪示及說明本發明，但 疋本發明並未偶限於所示之細節。更確切地說，可在不超 出申請專利範圍所界定的範圍且不脫離本發明的精神之情 况下對上述細節作各種修改。例如，元件的小型化尺寸使 其叮用於具有微米/次微米級解析度(micron/submicron size resolution)之電磁波成像（eiectr〇magnetic wave imaging)。須知此元件更可當作接收電磁波訊號之天線。 此種小型化天線可在例如行動電話之通訊系統上發現許多 用途。 【圖式簡單說明】 圖1A是依照本發明之實施例之用以說明電磁波偵測 系統及方法之系統的方塊圖。 圖1B及圖1C是圖ιΑ之系統所使用的元件的示意圖。

201100835 L 圖ID是圖1A之系統的阻抗大小的曲線圖。 圖2是依照本發明之一實施例之電磁波偵測步驟的流 程圖。 圖3Α是依照本發明之一實施例之一種電磁波偵測系 統的示意圖。 圖3Β是圖3Α之系統的一實施例的阻抗大小的曲線 圖。 圖3C是跨越圖3Α之系統的一實施例所測量的電壓的 曲線圖。 圖4Α是依照本發明之一實施例之一種電磁波偵測系 統的示意圖。 圖4Β是圖4Α之系統的一實施例的阻抗大小的曲線 圖。 圖4C是圖4Α之系統的一實施例的電特性的曲線圖。 圖5Α是依照本發明之一實施例之一種電磁波偵測系 統的示意圖。 圖5Β是圖5Α之系統的一實施例的電壓響應為電磁波 功率密度的函數之曲線圖。 圖6Α是依照本發明之一實施例之一種電磁波偵測系 統的示意圖。 圖6Β是圖6Α之系統的一實施例的輸出電壓的曲線 圖。 圖7Α是依照本發明之一實施例之一種電磁波偵測系 統的示意圖。 32 201100835 圖7B是圖7A之系統的一實施例的輪出電壓的曲線圖 的電腦影像。 【主要元件符號說明】 100、300、400、500、600、700 :電磁波偵測系統 102、302、402、502a、502b、502c、602、702 :自旋 電子元件 104、106 :磁層 108 :阻障層 〇 no:固定層 112、312、412、512 :偵測器 200 :流程圖 202、204'206 :步驟 311、511 :電流源 314、414、514、614、714 :電磁波源 316、416、516、616、716 :接收器 350、360、450、460、470、550、650、760、770、 ◎ 780、790 :曲線圖 352、354、452、466、476 :線 362、364 :箭頭 366、368 :點 462、472 :阻抗變化曲線 464、474 :電流變化曲線 518a、518b、518c :接收器的區段 520 :開關 33 201100835 552η :線性響應範圍 622、722 :參考波源 624、724 :相位調整器 626、726 :參考波接收器 652 :峰值 750 :電腦影像 Φ :相位差 Φ〇 .相位 34

Claims (1)

1. 201100835 七、申請專利範圍： 1.一種電磁波偵測系統，包括： 元件，所述元件包括： 之不固定的礙 第一磁層，具有固定的磁化方向； 第二磁層’具有響應於所述電磁波 化方向；以及

   間； 阻障層’位於所述第—磁層與所述第二磁層之 其中所述元件具有取決於所述固定的磁化 與所述不固定的磁化方向之間的相對角之阻抗，所述ς 角起初設定為大約90度；以及 + 偵測器，用以測量表示所述電磁波之所述阻抗之 化 變 2. 如申請專利範圍第丨項所述之電磁波制系統直 中所述偵測器測量跨越所述元件的電壓。 一 Ο 3. 如申請專利_第丨項所述之電磁波細系統更 巴指·· ，收ϋ，肋接收所述電磁波且傳送所述電磁波至所 迷7L件。 中胳H巾睛專利範圍第1項所述之電磁波偵測系統，其 與暴露於所述電磁波導致所述固定的磁化方向 不固：的磁化方向之間的所述相對角之變化。 中所述;I：巾％專利範圍第4項所述之電磁波侦測系統，其 目對角之所述變化導致所述元件的所述阻抗之變 35 201100835 化 6如^專利_第5 中所心件的騎阻抗之所述變化其 頻率成正比。 卞 π戍的 7.如申凊專利範圍第5項所述之電磁波摘測系繞 中所述兀件_雜抗之觀變化的 其 读璜部分成正比。 ’攻的 ^申請專利範圍第5項所述之電磁波偵織說，甘 中以讯號來調頻或調幅所述電磁波，並且其中： 〜 所述债測器測量跨越所述元件的電壓，所述 於己調頻或調幅的所述電磁波之所述訊號。 、應 更 9.如申請專利範圍第5項所述之電磁波偵測系蛛， 包栝· 電流源’用以提供流經所述元件之電流，所 是交流電源；以及 屯〜减 其中所述倘測器測量跨越所述元件的電壓，使 肩心所測1的所述電壓對應於所述交流電賴調變的， 〇 jjjL 磁波。 厅 10.如申請專利範圍第5項所述之電磁波侧系统 幺栝· 、更 電流源，用以提供流經所述元件之電流，所 是直流電源， 义电机原 其中所述偵測器測量跨越所述元件的電壓，以及 所述直流電放大跨越所述元件㈣得的所述電壓。 36 201100835 u·一種電磁波偵測系統，包括： 元件’所述元件包括： 第一磁層，具有固定的磁化方向； .第二磁層，具有響應於所述電磁波之不固定的磁 化方向；以及 阻障層，位於所述第一磁層與所述第二磁声之 間； s 其中所述元件具有取決於所述固定的磁化方向 與所述不固定的磁化方向之間的相對角之阻抗； 外部的磁源，用以施加磁場至所述元件；以及 侦測器，用以測量表示所述電磁波之阻抗之變化，其 中將所述元件暴露於所述電磁波導致所述元件的所述阻抗 之變化。 12.如申请專利範圍第11項所述之電磁波偵测系統， G 所施加的所述磁場導致所述元件的所述阻抗之所述 變化之峰值，所述峰值對應於所述電磁波的頻率。 甘/3.如巾請專職圍第Η韻狀電磁波個系統， 其中所述相對角起初設定為大約90度。 14.如巾請專利範㈣13項所述之電磁㈣測系統， /、中所述偵測器測量跨越所述元件的電壓，並且其中： 所施力=所述磁場導致跨越所述元件的所述電壓之 2，所賴化對應於所述電磁波的電場與磁場之間的相 對相位。 201100835, 15. 如申請專利範圍第u項所述之電磁波偵測系統， 其中所述相對角起初設定為大約〇度與大約180度之一， 且更包括： 電流源’用以提供流經所述元件之電流。 16. 如申請專利範圍第15項所述之電磁波偵測系統， 其中： 所施加的所述磁場使所述相對角從大約〇度與大約 180度之一切換到大約〇度與大約180度之另一個； 所述相對角之所述切換導致跨越所述元件的所述電 壓之變化；以及 所述偵測器測量跨越所述元件的所述電壓之所述變 化，所述電壓之所述變化表示所述電磁波的功率。 7·如申明專利範圍弟11項所述之電磁波偵測系統， 其中以訊號來調頻或調幅所述電磁波，並且其中： 所述偵測器測量跨越所述元件的電壓，所述電壓對應 於已調頻或調幅的所述電磁波之所述訊號。 18·—種電磁波偵測系統，包括： 多個元件，每一個所述元件包括： 第一磁層，具有固定的磁化方向； 第二磁層，具有響應於所述電磁波之不固定的磁 化方向；以及 阻障層，位於所述第一磁層與所述第二磁層之 間； ' 其中每一個所元件具有取決於所述固定的磁 201100835 化方向與所述不固定的磁化方向之間的相對角之阻抗； 接收器，用以接收所述電磁波且傳送所述電磁波至所 述多個元件，所述接收器具有與所述多個元件相對應之多 個區段；所述多個區段設定為使所述電磁波在所述接收器 的每一個所述區段中將具有不同的功率密度；以及 偵測器，用以偵測所述多個元件之至少一個的所述阻 抗之變化，所述阻抗之所述變化表示所述電磁波。

   19.一種用以偵測所接收的電磁波的相對相位之系 統，包括： 、 參考電磁波產生器； 元件，所述元件包括： 第一磁層，具有固定的磁化方向； 第二磁層，具有至少部分地取決於所接收的所述 電磁波及所述參考電磁波之不固定的磁化方向；以及 阻障層，位於所述第一磁層與所述第二磁層之 虚新、+、其巾所述元件具有取決於所述111定的磁化方向 與所^不固定的磁化方向之間的相對角之阻抗；以及 變化以偵測所述元件的所述阻抗之變化，所述 表不所接收的所述電磁波的所述相對相位。 更包Γ如中請專利範圍第19項所述之電磁波伽系統， 調整所述參考電磁波的相位 °月利I巳圍s I9項所述之電磁波侦測系統， 39 201100835 ^中藉由分割所接收的所述電磁波來產生所述參考電磁 22.如申請專·圍第21項所述之電 的所述阻抗之所述變化的大小與所上波 請專利範圍第19項所述之電磁波彳貞測系統， 其中參考電磁波源產生所述參考電磁波。 其中： 从如申請專利範圍第23項所述之電磁波偵測系統，

   所述偵測器測量跨越所述元件的電壓；以及 所述參考電磁波產生器調整所述參考電磁波的頻率， 其中當所述參考電磁波的所述頻率等於所接收的所 述電磁波的頻率時，所述偵測器將測量跨越所述元件的相 位相依電壓。 25.如申請專利範圍第23項所述之電磁波偵測系統， 其中所述元件的所述阻抗之所述變化的大小與所述電磁波 的功率成正比。 26·一種電磁波偵測方法，包括下列步驟： 對自旋電子元件進行定位以便接收所述電磁波，所述 元件包括： 第一磁層，具有固定的磁化方向； 第二磁層，具有響應於所述電磁波之不固定的磁 化方向；以及 阻障層，位於所述第一磁層與所述第二磁層之 40 201100835 A i 間； 、、 其中所述元件具有取決於所述固定的磁化方向 與所述不囡定的磁化方向之間的相對角之阻抗，所述相對 角起初設定為大約90度， 測定所述元件的所述阻抗之變化；以及 根據所述元件的所述阻抗之所述變化來偵測所述電 磁波。

   ❹ 27. 如申請專利範圍第26項所述之電磁波偵測方法， 其中所述偵測步驟包括： 根據所述元件的所述阻抗之所述變化來彳貞測所述電 磁波的頻率。 28. 如申請專利範圍第27項所述之電磁波偵測方法， 更包括： 施加外部的直流電磁場至所述元件； ，描所述外部的直流電磁場以產生所述元件的所述 抗之所述變化之峰值；以及 電所二的率所述阻抗之所述變化之所料值來 其26韻叙她貞測方法， 磁波的功率述時的所述阻抗之所述變化來制所述電 其中所述伯^範圍f 26項所述之電磁波侧方法， 、驟包括： 201100835 根據所述元件的所述阻抗之所述變化來偵測所述電 磁波的相位。 31. 如申請專利範圍第30項所述之電磁波偵測方法， 更包括： 債測跨越所述元件的電壓； 將所述元件暴露於參考電磁波； 掃描所述參考電磁波的相位以產生所述元件的所述 電壓之變化之峰值；以及 、根據所述元件的所述電壓之所述變化之所述峰值來 谓測所述電磁波的相對相位。 32. 如申請專利範圍第3〇項所述之電磁波偵測方法， 更包括： 4 貞測跨越所述元件的電壓； 施加外部的磁場至所述元件； 掃描施加至所述元件之所餅部的磁場； ❹ 廊；=述掃描期間產生跨越所述元件的所述電壓之輪 根據跨越所述元件的所述電壓 述電磁波的相對相位。 ㈣料偵測所 33. -種電磁波翻方法，包括下列步驟： 元件=«蝴咐⑽繼所物波，所述 ί::’具有固定的磁化方向； 層，具有響應於所述電磁波之不固定的磁 42 201100835. 化方向；以及 阻障層，位於所述第一磁層與所述第二磁層之 間； 其中所述元件具有取決於所述固定的磁化方向 與所述不固定的磁化方向之間的相對角之阻抗，所述相對 角起初設定為大約0度與大約180度之一； 施加外部的直流電磁場至所述元件； 掃描所述外部的直流電磁場’使所述相對角從大約〇 度與大約180同意之一切換到大約〇度與大約“ο度之另 一個； 又 測定跨越所述元件的電壓之變化，所述元件與所述相 對角的切換區域相鄰；以及 根據跨越所述元件的所述電壓之所述變化來偵測 述電磁波。 ' 34·如申請專利範圍第33項所述之電磁波偵測方法， 其中所述偵測步驟包括： 〇 根據跨越所述元件的所述電壓之所述變化來偵測所 述電磁波的功率。 43