Ao usar materiais magnéticos aprimorados, com base no controle de propriedades de interface de filmes magnéticos ultrafinos, pesquisadores do Instituto de Nano-tecnologia e Nano-biônica de Suzhou, Academia Chinesa de Ciências (SINANO), a Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA), e a Universidade de Messina fizeram grandes melhorias experimentais para desenvolver um sistema mais compacto, geração mais eficiente em termos de energia de um dispositivo de comunicação móvel conhecido como nanooscilador de transferência de spin (STNO). STNOs usam o spin dos elétrons para criar oscilações de microondas constantes, necessárias para várias aplicações em comunicações móveis, ao contrário dos osciladores atuais baseados em silício que usam sua carga. O oscilador aprimorado da equipe SINANO tem grande potencial para ser usado em futuros dispositivos eletrônicos portáteis e módulos sem fio, sistemas em um chip, e para geração de sinal de relógio local com eficiência energética em sistemas digitais.

Os STNOs são compostos por duas camadas magnéticas distintas. Uma camada tem uma direção polar magnética fixa, enquanto a direção magnética da outra camada pode ser manipulada para girar, passando uma corrente elétrica por ela. Isso permite que a estrutura produza microondas oscilantes muito precisas. A principal vantagem do STNO sobre as tecnologias existentes é que ele pode combinar grande capacidade de ajuste e baixa energia com tamanho em nanoescala, bem como amplas faixas de temperatura de trabalho.

No entanto, embora os STNOs sejam potencialmente superiores em muitos aspectos às tecnologias de osciladores de micro-ondas existentes, seus sinais de microondas dependem principalmente de grandes correntes de transmissão e da aplicação de campos magnéticos externos, o que dificulta a implementação de STNOs para aplicações práticas em termos de dissipação de energia e tamanho.

Ao usar camadas magnéticas com anisotropia magnética perpendicular - semelhantes às usadas na memória de torque de transferência de spin - a equipe SINANO demonstrou grandes sinais de microondas em densidades de corrente ultrabaixa ( <5,4 × 105 A / cm ² ) e na ausência de quaisquer campos magnéticos de polarização. Isso elimina a necessidade de mover um grande número de elétrons através dos fios, e também elimina a necessidade de ímãs permanentes ou bobinas condutoras para fornecer o campo magnético de polarização, assim, economizando significativamente energia e espaço. Os resultados são osciladores de microondas que geram muito menos calor devido à sua corrente mais baixa, tornando-os mais eficientes em termos de energia.

"Anteriormente, não houve demonstração de um oscilador de transferência de spin com potência de saída suficientemente alta, baixa densidade de corrente da unidade, e simultaneamente sem a necessidade de um campo magnético externo, portanto, evitando aplicações práticas, "disse o pesquisador-chefe ZENG Zhongming, SINANO professor do SINANO Nanofabrication Facility. "Percebemos todos esses requisitos em um único dispositivo."

"A capacidade de excitar sinais de microondas em densidade de corrente ultrabaixa e em campo magnético zero é estimulante no nanomagnetismo. Este trabalho apresenta uma nova rota para o desenvolvimento da próxima geração de osciladores on-chip." disse o co-autor G. Finocchio, que é professor assistente da Universidade de Messina, Itália.

"Dispositivos spintrônicos de ultra-baixa potência têm o potencial de transformar a indústria eletrônica, com o exemplo mais imediato sendo na área de memória magnética não volátil (MRAM). Este trabalho mostra que materiais e dispositivos semelhantes também podem trazer os osciladores spintrônicos em nanoescala um passo mais perto da realidade, "disse Pedram Khalili, pesquisador associado e gerente de programa da UCLA e co-autor do artigo. "Esses dispositivos podem ser integrados com processos de fabricação de lógica CMOS padrão, permitindo uma ampla gama de produtos, desde memória autônoma e componentes de micro-ondas até sistemas em um chip. "