与大阪大学工程科学研究生院（材料科学技术系）Yoshishige Suzuki教授合作德阿克·阿丽娜前 JSPS 研究人员包括米乐m6官方网站 (AIST) 电子研究部自旋电子组研究小组组长 Shinji Yuasa、高级研究员 Akio Fukushima、高级研究员 Hitoshi Kubota、佳能 Anelva Inc 研究员 Daiki Maehara、Yoshiki Nagamine、总监、Koji Tsunekawa 经理，贾亚普拉维拉·大卫经理，与业务经理 Naoki Watanabe 合作铁磁隧道结成功实现了高功率（大于01μW）高频自激振荡。
近年来，同时利用电子的自旋和电荷来开发高性能器件的自旋电子学研究领域发展迅速。对于磁性材料岁差，它以与微波相对应的频率振动，因此有望应用于高频技术。巨磁阻元件的高频振荡已经被观测到，但输出1nW它很小，被认为难以投入实际使用。
该联合研究小组成功提高了由CoFeB-MgO-CoFeB制成的隧道磁阻元件的大电流耐受性，并发现其可用作高输出、高频振荡器。这为自旋电子学器件的新应用开辟了道路。
该研究成果发表在2008年9月1日出版的英国科学杂志上自然物理学发布
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新开发元件示意图
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2007 年诺贝尔物理学奖获得者巨磁阻效应1988年出生于德国页。格伦伯格和法国A费尔特由两位医生发现。自那时起，自旋电子学的研究领域迅速发展，旨在利用电子的电（电荷）以及磁体的自旋特性来创造具有前所未有的复杂功能的新元素。基础研究的成果正在陆续应用于产品中。自旋电子器件包括日本研究人员发明的巨磁阻器件和铁磁隧道结。当施加外部磁场时，这些元件的电阻会发生很大变化，并且它们可以保持该状态，因此它们被用作读取硬盘的超灵敏磁场传感器，以及MRAM用作固态非易失性存储单元。由于自旋电子器件具有非易失性、低成本、超小尺寸等特点，作为未来的节能电子器件而备受关注。
自旋电子学也有望实现利用自旋功能的新功能器件。特别是，磁性材料具有因进动现象而以与微波对应的频率振动的特性，因此有望应用于高频技术。在巨磁阻元件中观察到高频振荡，但输出很小，被认为难以投入实际应用。
铁磁隧道结由东北大学宫崎教授小组于 1995 年开发，是一项重要的基本技术，构成了现代自旋电子学的基础。 2004年，我们的共同研究员AIST发现，使用MgO作为绝缘层的铁磁隧道结表现出巨大的隧道磁阻效应（2004 年 3 月 2 日新闻公告）。因此，现在可以在室温下使用比巨磁阻元件大 10 倍的电阻变化。
与此同时，美国康奈尔大学于2003年发现巨磁阻元件可用作微波振荡器。随后，国家标准局表明，该振荡器具有极高的振荡纯度，并且由于其频率可以利用电信号高速调谐，因此有望应用于频率分布式通信。然而，巨磁阻元件的振荡输出很小，早期只有几个pW（nW的1/1000）。最近，已经获得了约1nW的振荡输出，但离实用化还很远。因此，人们希望通过使用电阻变化较大的铁磁隧道结来获得高输出，但传统的隧道结在大电流通过时会破裂，从而无法实现振荡。
该联合研究小组认为，通过开发低电阻、高效率、强铁磁隧道结，将有可能用高性能铁磁隧道结替代巨磁阻元件。2005年，我们在世界上首次发现高性能铁磁隧道结作为二极管来解调高频信号。自然发表在杂志上 (2005 年 11 月 17 日新闻公告）。此外，我们还开发了一种利用这种效应精确评估自旋电子器件运行的方法自然物理学2007 年 11 月 26 日新闻公告）和其他成就。
这项研究是总务省战略信息通信研究开发推进计划（SCOPE）下实施的“利用自旋注入扭矩的超高速非线性器件的开发”（研究代表：大阪大学工程科学研究生院铃木义茂）的一部分。
自转和进动
电子不仅带有负电（电荷），而且还不断地旋转，这种旋转称为自旋。当电子旋转时，它们伴随着环形电流，从而产生外部磁场。换句话说，电子是磁铁。尽管自旋方向发生了变化，但其旋转速度保持不变，使每个电子都成为永磁体（图1（a））。在实际的永磁体中，电子自旋沿一个方向排列，因此整个磁体是单个永磁体。
电子旋转类似于陀螺的旋转，但电子实际上执行类似于陀螺倾倒之前发生的振荡运动（进动）的进动运动（图 1 (b)）。在这项研究中，电子的进动是通过电流引起的。
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图1 (a) 电子像陀螺一样围绕自己的轴旋转，这种旋转称为自旋。由于电子带电，它们的旋转会产生环形电流。这导致电子变成磁铁。自旋改变了它的方向，但它的旋转速度永远保持不变。换句话说，每个电子都是一个永磁体。正如旋转的陀螺进行振荡运动一样，电子也会进行进动运动。我们利用这个属性创建了一个振荡器。
(b) 陀螺的自转（自转）和摆动（进动）
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铁磁隧道结和自旋注入
铁磁隧道结由三层组成，如图2所示。最右边的第一层称为磁极自由层（CoFeB），第二层称为绝缘隧道势垒层（MgO），最左边的第三层称为磁极固定层（CoFeB）。在这项研究中，这种隧道磁阻元件被制造成横截面约为70 nm x 160 nm的柱状。右侧第一层是15 nm厚的CoFeB铁磁材料（永磁体），因其磁极方向可以旋转而被称为磁极自由层。另一方面，左边的第三层是CoFeB，厚度为3nm，由于该层磁极的方向是固定的，因此被称为磁极固定层。在该铁磁隧道结元件中，如果两个磁极层的磁极彼此平行取向，则电阻减小，而如果磁极沿相反方向取向，则电阻增大。这种效应称为磁阻效应。
当电流流过该元件时，电子的“自旋”也会流动，自旋被注入到磁极自由层中，并在现有的自旋之间产生旋转力。该旋转力称为“自旋注入扭矩”。这次，我们成功地利用这种旋转力来刺激磁极自由层内部自旋的进动。
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图2新开发元件示意图
它具有绝缘体MgO夹在两个超小型永磁体之间的结构。磁铁的直径约为100纳米，与病毒大小差不多。当电流通过该磁铁时，该磁铁会在较薄的永磁体进动中旋转。由于元件的电阻因该进动而周期性变化，因此高频电流流过元件。
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自旋注入振荡器输出
当自旋在磁极自由层进动时，两个铁磁层磁极的相对角度高速振荡，铁磁隧道结的电阻也高速振荡。结果，高频电流流过元件。这就是通过自旋注入获得高频振荡的原理。如果采用磁阻效应大的材料，磁极角度的变化将导致流经元件的电流发生较大的变化，换句话说，可以获得较大的输出。早期的实验是使用金属结制成的巨磁阻元件进行的，因此振荡输出很小，从几到几百pW不等。此后，尝试通过将元件制作成阵列来获得大的振荡输出，但即使如此，振荡输出也仅为1nW左右。人们认为通过使用铁磁隧道结可以获得大输出，但它需要大电流流动才能引起振荡，并且传统器件很快就会损坏。
该研究团队开发了一种具有低电阻和大磁阻效应的高性能铁磁隧道结器件，并在国际上首次成功实现了铁磁隧道结的高功率振荡。通过提高该元件的电流电阻，他们成功获得了比以前的巨磁阻元件高100倍（超过01μW）的大输出。
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图3 自旋电子元件振荡输出的年度趋势
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作为振荡器的实用化，需要10μW以上的输出，今后我们的目标是通过提高元件效率来提高单个元件的振荡输出，并净化振荡频谱。此外，我们想证明理论上可以通过制造铁磁隧道结阵列来获得实际的振荡输出。
总务省项目还旨在展示变频和高频放大等新功能。