抄録/ポイント：
抄録/ポイント
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スピントロニクスのナノ発振器[1],[2]は,将来のエネルギー効率エレクトロニクスのための有望なナノスケールAC信号源として現在考えられている。しかし,今日,このようなソースは主に強磁性材料(FM)を利用しており,したがって,それらの動作周波数は1~50GHz[1],[2]の間隔に制限され,多くの実用的応用に対して十分に高くない。スピントロニックAC信号源の周波数を実質的に増加させるためには,典型的にはテラヘルツ領域(0.1~10THz)[3]-[5]に特徴的な動作周波数がある反強磁性体(AFMs)を用いることができる。理論的に提案したAFMベースのナノ発振器はバイアスdc磁場の不在下で動作し,dc電流[6]-[8]により駆動できる。しかし,AFMベースのAC信号発生器の実用的な開発の問題,特にそのようなAFM発電機からの電力抽出の問題はまだ解決されていない。[7]において,発生したAC信号のパワーが逆スピンHall効果(ISHE)を通して抽出されるAFMベースのスピンHall発振器(SHO)を提案した。高Q共振器に取り付けた電流駆動傾斜AFMからの磁気双極子放射の受信に基づく他の電力抽出機構を[8]で解析した。THz周波数信号抽出の両方法は,ISHEを利用するSHOに対して,弱い垂直異方性[7]を持つ双非同位体でなければならない。一方,共振器に埋め込まれた傾斜AFMの場合,素子は発生した信号の波長(8)により定義される大きなサイズ(約10μm)を持つ。本論文では,AFMトンネル接合(ATJ)におけるトンネリング異方性磁気抵抗(TAMR)のAC変化を通して信号パワーを収集し,最近の研究[9],[10]で実験的に観測された電気的スイッチングを通して信号パワーが収集される,AFMベースSHOからのTHz周波数信号抽出の代替機構を考察した。著者らは,IrMn/Pt二重層構造に基づくAFM SHOを考慮し,そこでは,Pt層中に流れる駆動dc電流が,AFM層へのスピン電流I_Shinの流れを強制する。このスピン電流は,スピンHall効果(SHE)[5]によるIrMn AFM副格子の磁化の回転を励起し,TAMR[10]のAC変化を引き起こす。したがって,接合抵抗はR(t)=R_0+ΔRSIN(ωt)[図1]として時間的に変化する。同時に,同時に供給されたバイアスdc電流I_dcは,接合断面積を横切り,全体の構造を横切る大きさU_ac=I_dcΔRのAC電圧の発生をもたらす。このように,このようなdcバイアスATJをバイアステーにより負荷に接続したとき,ATJで発生したAC電圧は負荷中のAC電流を励起し,負荷から励起信号のAC電力P_Lを抽出することを可能にした。ATJに基づく提案ACソースの理論モデルは非常に簡単である。静電容量Cのコンデンサにより内部抵抗R_0を短絡させたAC電圧源(大きさU_acのAC電圧を発生)からなる回路としてATJを考察した。この等価回路は,抵抗R_Lの抵抗負荷に理想的バイアスを通して接続される。Kirchhoffの法則を用いて,パワー:P_dc=I_dc2R_0はATJに注入されたdcパワー,P_L=(R_LU_ac2)/[2(R_L+R_0)2+R_L2β~2]は負荷中に放出されるパワーであり,β=ωR_0Cであることを見出した。次に,AC電力抽出の効率をζ=P_L/P_dcとして推定することができた。[10]から得られた実験パラメータ(抵抗面積積,トンネル磁気抵抗比など)を持つ接合に対して計算されたP_Landζの周波数依存性を図2で示した。これらの特性は発生周波数の増加とともに減少することを実証した。また,計算は,周波数範囲0.1~1THzの負荷に注入された出力電力P_Lが,ISHEと磁気双極子放出機構によって抽出される電力を超えて,また,AC TAMR変動による電力抽出機構の効率が約1%であり,いくつかの実用的応用に十分である可能性があることを実証した。また,TAMRによる信号抽出による提案したAFMベースAC信号源の実質的な利点は,マイクロおよびナノスケールでの実験的実現の単純さと信頼性にあることを指摘するべきである。Copyright 2018 The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. All rights reserved. Translated from English into Japanese by JST.【JST・京大機械翻訳】
