Spin Transfer Oszillatoren (STOs)

Kurzbeschreibung:

Der Transfer von Spin-Drehimpuls zwischen einem spinpolarisierten Strom und einer ferromagnetischen Schicht kann eine kontinuierliche Präzession der Magnetisierung anregen. Dieser Mechanismus birgt hohes Potential für Anwendungen in der heute allgegenwärtigen Hochfrequenztechnik,  z. B. in Radargeräten oder in der Telekommunikation.

Wir untersuchen neuartige Oszillator-Geometrien, die einerseits dabei helfen könnten, die Output-Signal-Qualität der Spin-Torque Oszillatoren zu optimieren während sie andererseits eine quantitative Bestimmung wichtiger Magneto-Transport-Parameter erlauben.

Detaillierte Beschreibung:

Der Schwerpunkt unserer Arbeit liegt auf der Erforschung der physikalischen Mechanismen, die die Wechselwirkung zwischen spinpolarisierten Strömen und Magnetisierung charakterisieren und zu den Effekten des Riesenmagnetowiderstands und des Spin-Transfer Torques führen. Die Drehimpulsübertragung von Leitungselektronen auf die Magnetisierung (sog. "Spin-Transfer") erlaubt das gezielte Manipulieren der Magnetisierung mit Hilfe von injizierten Strömen. Außerdem ermöglicht der Effekt eine weitere Miniaturisierung im Vergleich zu Bauteilen, die auf dem herkömmlichen Prinzip des feldinduzierten Schaltens basieren. Dies ebnet den Weg zu neuartigen Bauelementen und Anwendungen.

Das Projekt hat zum Ziel, spinabhängigen Transport und Spin-Transfer Torque in speziell konstruierten Superlattice-Nanostrukturen mit maßgeschneiderter senkrechter magnetischer Anisotropie quantitativ zu analysieren. Wir glauben, dass uns eine Kombination von Niedrig- und Hochfrequenzmessungen zur Charakterisierung von Magnetowiderstand, strominduziertem Schalten und Spin-Transfer-getriebener Präzession, korreliert mit numerischer Modellierung basierend auf der erweiterten Valet -Fert-Riesenmagnetowiderstandstheorie und analytischen Rechnungen zur Spin-Transfer-induzierten Magnetisierungsdynamik eine quantitative und simultane Erfassung wichtiger Parameter ermöglichen wird. Solche Parameter sind z. B. Dämpfungskonstante, Spin-Torque- / Magnetowiderstands-Asymmetriekoeffizient, die Spinpolarisation des Stroms und möglicherweise die Spinstreu-Asymmetrie der betrachteten Grenzflächen.

Diese Erkenntnisse sind Motivation für weitere Untersuchungen zu grundlegenden Fragen des Spin-Transfers, wie z. B. die ab-initio-Berechnung der Asymmetrie-Parameter. Letztere haben entscheidenden Einfluss auf die durch den Strom angeregten dynamischen Zustände und damit die Ausgangsleistung von Spin-Transfer Oszillatoren bei vorgegebenen Geometrien.

Die Ergebnisse werden dann genutzt, um Materialien und Geometrien für Anwendungen wie Speicher und insbesondere Mikrowellenoszillatoren  zu optimieren, um so industriell konkurrenzfähige Spin-Transfer-Bauteile zu entwickeln.