米乐m6官方网站【会长：中钵良二】（以下简称“AIST”）自旋电子学研究中心【研究中心主任：汤浅真司】金属自旋电子学团队特邀研究员田丸真吾、研究主任久保田仁、研究中心副主任福岛昭夫：旋转扭矩振荡元件的频率，与自旋扭矩振荡元件锁相环 (PLL)并实现了稳定的微波振荡。
自旋扭矩振荡元件通过施加直流电压来激活微波炉磁阻器件新开发的锁相电路使用 153 MHz 的低频参考信号抑制 7344 GHz 高振荡频率的波动。光谱线宽低于测量极限值 (1 Hz)。当振荡频率为几GHz或更高时，单个自旋扭矩振荡器的谱线宽度以前是最小的，AIST实现了约3MHz，但新开发的锁相电路极大地提高了频率稳定性。有了这个结果，自旋扭矩振荡器压控振荡器将会加速。
这个结果是自然出版集团学术期刊科学报告在线版本即将发布。
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| 开发的锁相电路照片和微波振荡器的振荡频谱 |
近年来，移动电话、无线LAN等微波频带无线通信已经普及。这些设备使用由半导体元件和谐振器制成的压控振荡器。然而，谐振器体积较大，尺寸达数百微米，在集成度和降低成本方面存在挑战。另一方面，自旋扭矩振荡器由纳米级磁阻元件构成，不需要谐振器，因此预计它们是比传统压控振荡器小得多的振荡器。然而，迄今为止，自旋转矩振荡元件由于振荡频率的稳定性较低而尚未投入实际使用。
产业技术研究院运用在磁存储器开发中积累的自旋电子学元件技术，开发自旋扭矩振荡元件的薄膜材料技术和微细元件结构制造技术。为了将自旋扭矩振荡元件投入实用，必须同时实现高振荡输出和高振荡频率稳定性。因此，振荡输出高铁磁隧道结我们的目标是根据元素稳定振荡频率。迄今为止，我们作为自旋扭矩振荡器元件实现了当时世界最高的振荡输出，并且利用单个元件实现了当时世界最高的频率稳定性（2008 年 8 月 28 日 AIST 新闻稿、2014 年 1 月 8 日 AIST 新闻稿）。
这项研究和开发得到了日本学术振兴会科学研究补助金（S）“高频自旋电子学研究”（2011-2011 财年）的部分支持。
为了使自旋扭矩振荡器成为压控振荡器，我们改进了自旋扭矩振荡器的振荡特性，并开发了与自旋扭矩振荡器兼容的锁相电路。自旋扭矩振荡元件包含约1纳米的超薄MgO层绝缘体和铁非晶合金我们使用了结合铁磁层的铁磁隧道结。在该MgO层和铁磁层之间的界面处，具有自旋指向与界面垂直的方向的性质。岁差的轨道已经稳定下来。在该自旋转矩振荡元件中，振荡频率随着施加电压的增加而降低。图1显示了锁相电路的原理图和照片。该锁相电路具有将自旋扭矩振荡元件的振荡频率降低到1/48，将其相位与频率为153MHz的参考信号的相位进行比较，并将其反馈到施加到自旋扭矩振荡元件的电压以调整相位的功能。此外，还增加了防止自旋转矩振荡元件的振荡受到反馈信号中包含的高频噪声干扰的功能，实现了高度稳定的振荡频率。
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| (a) |
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| 图1（a）电路原理图，（b）包括所开发的锁相电路的压控自旋扭矩振荡器的照片 |
图2显示了新开发的微波振荡器的振荡频谱。振荡中心频率为7344 GHz。表示振荡频率波动的谱线宽度极小，低于测量仪器的测量极限1 Hz，并且实现了高频率稳定性。
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| 图2 所开发的微波振荡器的振荡频谱 |
今后我们将进一步改善磁阻元件的振荡特性，特别是电压对频率的可控性，同时也改善锁相电路的频率特性，以提高其作为压控振荡器的性能。我们的目标是将自旋扭矩振荡器作为压控振荡器商业化，并实现廉价且紧凑的微波振荡器。