Utilizzando materiali magnetici migliorati, basato sul controllo delle proprietà di interfaccia di film magnetici ultrasottili, ricercatori del Suzhou Institute of Nano-tech and Nano-bionics, Accademia Cinese delle Scienze (SINANO), l'Università della California a Los Angeles (UCLA), e l'Università di Messina hanno apportato importanti miglioramenti sperimentali per sviluppare un sistema più compatto, generazione più efficiente dal punto di vista energetico di un dispositivo di comunicazione mobile noto come nanooscillatore a trasferimento di spin (STNO). Gli STNO utilizzano lo spin degli elettroni per creare oscillazioni a microonde costanti necessarie per varie applicazioni nelle comunicazioni mobili, a differenza degli attuali oscillatori a base di silicio che utilizzano la loro carica. L'oscillatore migliorato del team SINANO ha un grande potenziale per essere utilizzato in futuri dispositivi elettronici portatili e moduli wireless, sistemi su un chip, e per la generazione di segnali di clock locali efficienti dal punto di vista energetico nei sistemi digitali.

Gli STNO sono composti da due distinti strati magnetici. Uno strato ha una direzione polare magnetica fissa, mentre la direzione magnetica dell'altro strato può essere manipolata per ruotare facendo passare una corrente elettrica attraverso di essa. Ciò consente alla struttura di produrre microonde oscillanti molto precise. Il vantaggio chiave dello STNO rispetto alle tecnologie esistenti è che può combinare grande sintonizzabilità e bassa energia con dimensioni su nanoscala, così come ampi intervalli di temperatura di lavoro.

Tuttavia, mentre gli STNO sono potenzialmente superiori sotto molti aspetti alle tecnologie esistenti di oscillatori a microonde, i loro segnali a microonde si basano principalmente su grandi correnti di pilotaggio e sull'applicazione di campi magnetici esterni, che ostacola l'implementazione di STNO per applicazioni pratiche in termini di potenza dissipata e dimensioni.

Utilizzando strati magnetici con anisotropia magnetica perpendicolare, simili a quelli utilizzati nella memoria di coppia a trasferimento di spin, il team SINANO ha dimostrato grandi segnali a microonde a densità di corrente ultrabasse ( <5,4×105 A/cm ² ) e in assenza di campi magnetici di polarizzazione. Ciò elimina la necessità di spostare un gran numero di elettroni attraverso i fili, ed elimina anche la necessità di magneti permanenti o bobine conduttrici per fornire il campo magnetico di polarizzazione, risparmiando così in modo significativo sia energia che spazio. I risultati sono oscillatori a microonde che generano molto meno calore a causa della loro corrente più bassa, rendendoli più efficienti dal punto di vista energetico.

"In precedenza, non c'era stata alcuna dimostrazione di un oscillatore a trasferimento di spin con una potenza di uscita sufficientemente elevata, bassa densità di corrente di azionamento, e contemporaneamente senza la necessità di un campo magnetico esterno, quindi impedendo applicazioni pratiche, " ha affermato il ricercatore capo ZENG Zhongming, SINANO docente presso la SINANO Nanofabrication Facility. "Abbiamo realizzato tutti questi requisiti in un unico dispositivo."

"La capacità di eccitare segnali a microonde a densità di corrente ultrabassa e in un campo magnetico zero è entusiasmante nel nanomagnetismo. Questo lavoro presenta una nuova strada per lo sviluppo della prossima generazione di oscillatori su chip". ha detto il coautore G. Finocchio, che è ricercatore presso l'Università di Messina, Italia.

"I dispositivi spintronici a bassissima potenza hanno il potenziale per trasformare l'industria elettronica, con l'esempio più immediato nell'area della memoria magnetica non volatile (MRAM). Questo lavoro mostra che materiali e dispositivi simili possono anche avvicinare gli oscillatori spintronici su nanoscala alla realtà, " disse Pedram Khalili, un ricercatore associato e responsabile del programma presso l'UCLA e coautore del documento. "Questi dispositivi possono essere integrati con i processi di produzione della logica CMOS standard, consentendo una vasta gamma di prodotti dalla memoria standalone e componenti a microonde ai sistemi su un chip."