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Fait marquant | Spintronique

Amplification hyperfréquence efficace par modulation de la chaleur à la fréquence GHz dans les oscillateurs spintroniques


​En raison de la taille nanométrique des jonctions tunnel magnétiques et de la résistance interfaciale élevée des barrières tunnel ultrafines de MgO, une modulation de la température à des fréquences du GHz peut être obtenue dans ces dispositifs et utilisée efficacement pour amplifier les hyperfréquences dans les oscillateurs spintroniques.

Publié le 5 novembre 2018

Les oscillateurs spintroniques utilisent deux phénomènes majeurs découverts dans l’électronique de spin : la magnétorésistance à tunnel de jonctions tunnel magnétiques (MTJ) (c’est-à-dire la dépendance de leur résistance électrique sur leur configuration magnétique) et le couple de transfert de spin (c’est-à-dire la possibilité de modifier la configuration magnétique par le courant traversant la jonction tunnel magnétique). Dans cette étude, nous avons démontré qu'un troisième phénomène peut être utilisé pour amplifier un signal radiofréquence (RF) basé sur la modulation de la température RF du MTJ. Pour ce faire, un courant continu et un courant RF faible à une fréquence proche de la fréquence ferromagnétique MTJ sont envoyés à travers la jonction tunnel. En raison du phénomène de transfert de spin, le courant continu déclenche une oscillation de la configuration magnétique du MTJ et la fréquence de cette oscillation se verrouille à la fréquence du signal RF injecté. En raison de la magnétorésistance à effet tunnel, l'oscillation RF de la configuration magnétique produit une oscillation RF de la résistance électrique MTJ et corrélativement une oscillation RF du chauffage par effet Joule dissipé dans la jonction. Dans cette étude, le MTJ a été conçu avec une barrière à double tunnel MgO pour augmenter le confinement thermique entre les deux barrières. De ce fait, une modulation RF de la température de plusieurs degrés pourrait être obtenue au cœur de la jonction tunnel. Cette modulation de température produit une modulation RF de l'anisotropie magnétique de la jonction, ce qui entraîne une amélioration significative et même une amplification du signal RF produit par la jonction.

a) Jonction tunnel magnétique utilisée pour les expériences. Elle consiste en une couche magnétique magnétiquement douce (FeB) intercalée entre deux barrières tunnel MgO et une couche magnétique de référence épinglée (CoFeB).
b) Simulations montrant la modulation de température au cœur de la jonction tunnel, c'est-à-dire au niveau de la couche de FeB insérée entre les deux barrières de MgO.
c) Coefficient d'amplification hyperfréquence (S11). Dans la plage de polarisation comprise entre 40 et 60 mT, il dépasse 1 indiquant l'amplification RF.
Ce travail a été réalisé en collaboration entre Osaka Univ, AIST Japan et SPINTEC.

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