Utilizzando materiali magnetici innovativi, una collaborazione internazionale di ricercatori ha compiuto un passo avanti nello sviluppo di rilevatori a microonde, dispositivi in grado di rilevare segnali a microonde deboli utilizzati per le comunicazioni mobili, radar, e altre applicazioni. I rilevatori del team sono compatti e forniscono una sensibilità record. Sono noti come rivelatori a microonde a coppia di spin (STMD), poiché usano lo spin degli elettroni per rilevare i segnali a microonde, a differenza dei rilevatori esistenti, che utilizzano la carica dell'elettrone. Il rivelatore migliorato del team SINANO ha un grande potenziale per essere utilizzato nelle future telecomunicazioni, reti di sensori, e Internet delle cose.
Il componente principale dell'STMD è composto da due distinti strati magnetici. Uno strato ha una direzione di riferimento, il che significa che i suoi poli magnetici nord e sud sono fissi nello spazio. La direzione magnetica dell'altro strato può cambiare in risposta a una corrente a microonde che lo attraversa. Ciò consente alla struttura di produrre una tensione in risposta a un segnale a microonde esterno. Il vantaggio chiave dell'STMD rispetto alle tecnologie esistenti è la combinazione di un'ampia sensibilità di rilevamento a bassa potenza di ingresso per rilevare anche segnali molto deboli. Inoltre combina l'efficienza energetica con le dimensioni su scala nanometrica.
Ad oggi, però, la sensibilità di rilevamento degli STMD si è basata principalmente sull'applicazione di campi magnetici esterni, che ne ostacola l'attuazione per applicazioni pratiche, richiedendo l'uso di un ingombrante magnete permanente.
Utilizzando strati magnetici con anisotropia magnetica perpendicolare - simili a quelli utilizzati nella memoria magnetica di coppia a trasferimento di spin (STT-MRAM) - il team SINANO ha dimostrato una sensibilità di rilevamento record a temperatura ambiente senza campi di polarizzazione esterni, e per bassa potenza in ingresso (micro-Watt o inferiore). La sensibilità è 20 volte superiore rispetto ai rivelatori a diodi Schottky all'avanguardia. 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 dispositivi STMD possono essere ridimensionati fino a dimensioni nanometriche (0,07 μm 2 nello studio), che li rende potenzialmente adatti per rilevatori di microonde compatti su chip.
"In precedenza, non c'era stata dimostrazione di un STMD con una sensibilità di rilevamento sufficientemente alta a bassa potenza di ingresso, e contemporaneamente senza la necessità di un campo magnetico esterno, quindi impedendo applicazioni pratiche, " ha detto il ricercatore capo Z. M. Zeng, SINANO docente presso la SINANO Nanofabrication Facility. "Abbiamo realizzato tutti questi requisiti in un unico dispositivo."
"L'elevata sensibilità per un segnale a microonde ultrabasso in un campo magnetico zero è entusiasmante per le applicazioni wireless. Questo lavoro presenta una nuova strada per lo sviluppo della prossima generazione di rivelatori di microonde su chip". ha detto il coautore G. Finocchio, che è ricercatore presso l'Università di Messina, Italia.
"I dispositivi spintronici emergenti hanno il potenziale per trasformare l'industria elettronica, consentendo notevoli miglioramenti in termini di efficienza energetica e prestazioni. Un esempio immediato è l'area in rapida crescita della memoria magnetica non volatile (MRAM). Questo lavoro mostra che i dispositivi spintronici possono anche fornire un valore pratico in una diversa classe di applicazioni, vale a dire rivelatori a microonde su scala nanometrica, " disse Pedram Khalili, un assistente professore a contratto presso l'UCLA e co-autore del documento. "Questi dispositivi possono essere integrati all'interno dei processi di produzione di back-end CMOS, potenzialmente consentendo la loro integrazione in sistemi su un chip."
La carta, "Sensibilità del diodo a coppia di spin gigante in assenza di campo magnetico di polarizzazione" è stato pubblicato online sulla rivista Comunicazioni sulla natura .
