独立行政机构国立产业技术综合研究所[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）纳米自旋电子学研究中心研究中心主任汤浅真司、金属自旋电子学研究组组长久保田仁、研究员前原大辉、佳能Anelva株式会社[代表董事兼社长：酒井淳郎]（以下简称“佳能Anelva”）和大阪大学大学院工学研究科（以下简称“大阪大学”）铃木义重教授正在共同努力，以实现高产量和高产量。振动稳定性。Q值)纳米接触式旋转扭矩振荡元件
自旋转矩振荡元为磁阻膜8640_8978微波振荡器等。该研究成果于2014年1月10日发表为“应用物理快车''将在网络突发新闻版中发布。
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纳米接触自旋扭矩振荡器的截面结构
左：电子显微照片，右：示意图 |
直流来自AC的振荡器是支持电子学基础的重要电子设备。手机、平板电脑、笔记本电脑等便携式电子设备由电池（即直流电源）供电，利用内部振荡器产生高频信号来进行高速计算和无线通信。近年来，随着便携式电子设备变得越来越快以及无线信号变得越来越频率，廉价、小型和低功耗微波振荡器的重要性日益增加。
然而，使用晶体振荡器等的传统振荡器具有毫米尺寸的大型振荡器，并且需要电路来进一步提高频率，因此难以小型化。另一方面，自旋扭矩振荡器直接振荡微波频段的频率，使得可以制造直径为100 nm或更小的小型振荡器，并且以低功耗运行，工作电压和电流为05 V和10 mA。预计它将在广泛的领域得到应用，包括可集成到LSI中的纳米级振荡器、超高灵敏度和高分辨率磁场传感器以及用于下一代无线通信的微波振荡器。然而，迄今为止，自旋转矩振荡器元件很难同时实现高输出和高Q值。
自旋电子学领域有两个重要的物理现象。一是电阻值根据自旋排列而变化磁阻效应，另一个是自旋扭矩，它允许通过电流控制自旋方向。自旋扭矩振荡元件充分利用这两个因素来产生高频信号，但振荡输出的幅度由磁阻效应的幅度决定。因此，AIST、佳能ANELVA和大阪大学正在共同努力，快速开发将表现出巨大磁阻效应的磁隧道结膜应用于自旋扭矩振荡装置，并正在开发具有世界最大振荡输出的自旋扭矩振荡装置。此外，为了稳定振荡频率，我们一直在开发适用于磁性隧道结薄膜的纳米接触自旋扭矩振荡装置。迄今为止，使用磁隧道结膜的自旋扭矩振荡器已经实现了最高水平的Q值(=350)，但仅通过改进磁隧道结膜和元件结构很难获得超过1000的Q值，并且需要实现超过1000的Q值才能投入实际使用。
这项研究的一部分是作为科学研究补助金S“高频自旋电子学”的一部分进行的（研究代表：铃木义茂）。
10946_11042形状磁各向异性的影响，自旋轨迹发生扭曲。 （图1（a））。因此，Q值变得相对较小，达到几百的极限。这次，我们使用外部磁场在垂直于薄膜表面的方向上进动自旋。这减少了形状磁各向异性的影响，并且自旋绘制的轨迹失真较小。图1(b)显示了自旋垂直于薄膜表面时进动轨迹的模拟结果。为了实现这种情况，需要通过在膜平面外的方向施加外部磁场来控制自旋方向。在图2中添加与薄膜表面成75°方向的外磁场，并将大小从0改为8kOe时自旋扭矩振荡元件的振荡频谱。可以看出，当外部磁场达到6 kOe左右时，振荡频率发生变化，达到非常尖锐的峰值。 6 kOe 的磁场是该元件的有效磁场抗磁场，并且在大于此的磁场下，自旋点垂直于薄膜表面。当外部磁场小于6 kOe时，Q值最多在100左右，但当外部磁场大于6 kOe时，Q值大大超过1000，最高达到3200。这样，通过控制自旋方向并减少各向异性磁场的影响，我们能够实现稳定的进动，并实现以前使用磁性隧道薄膜的自旋扭矩振荡器件无法获得的Q值。
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| 图1 自旋进动轨迹计算结果 |
| 膜表面在xy 平面上延伸。绿色箭头代表磁场方向，粉色箭头代表轨道运动中心轴方向。在(a)中，磁场弱于1 kOe，轨道中心轴保持在面内方向。轨道形状扭曲且不稳定。 (b)示出了磁场在8kOe下足够强的情况，并且轨道的中心轴接近于磁场的方向，并且轨道的形状也接近于圆形。结果，可以获得稳定的振荡。 |
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| 图2 振荡输出和振荡频率的外部磁场依赖性 |
| 以与膜平面内成75°的角度（与图1（b）相同的方向）施加外部磁场，磁场强度从0到8 kOe不等。红色表示高振荡输出，蓝色表示低振荡输出。在6kOe左右或更高时，振荡输出大，振荡线宽窄，频率稳定性提高。 |
虽然这次施加了外部磁场，但将来我们将通过改进薄膜材料和元件结构来实现不施加外部磁场的振荡。我们还计划制作一个将其与其他电子元件结合的电路，并评估其作为振荡器的性能，以期将其投入实际使用。此外，我们的目标是在广泛的领域中开发应用，例如将其应用于利用振荡频率根据外部磁场的大小而变化的事实的磁传感器。