Нелинейный токовый резонанс в спиновом диоде с плоскостным намагничиванием

Abstract

Проведено исследование микроволновой чувствительности спинового диода, представляющего собой туннельный переход с двумя магнитными электродами. Особенностью предлагаемой к рассмотрению туннельной структуры является скос намагниченностей электродов в плоскости слоев под углом друг к другу в результате обменного взаимодействия с прилегающими антиферромагнитными слоями, отличающимися температурой суперпарамагнитной блокировки. В рамках макроспиновой модели проведен анализ устойчивости стационарных состояний намагничивания в зависимости от угла скоса на плоскости параметров угол–ток при учете эффекта переноса вращательного момента током. Для полученных стационарных состояний определены изменения резонансного отклика на переменный ток микроволнового диапазона и вольт-ваттной чувствительности спинового диода вдали и вблизи критических линий тока смещения диода при переходе к автоколебательному режиму. Показано, что с ростом тока смещения при приближении к критической точке возникает гистерезис частотных ветвей резонансного отклика, индуцированного нелинейной микроволновой модуляцией вращательного момента, который отличается от эффекта перекрытия частотных ветвей при лоренцевом начальном характере ферромагнитного резонанса с постоянной шириной линии. Проведено также моделирование микроволновой чувствительности в рамках микромагнитной модели для близких параметров.

Проведено дослідження мікрохвильової чутливості спінового діода, що є тунельним переходом з двома магнітними електродами. Особливістю пропонованої до розгляду тунельної структури є скіс намагниченостей електродів в площині шарів під кутом один до одного в результаті обмінної взаємодії з прилеглими антиферомагнітними шарами, що відрізняються температурою суперпарамагнітного блокування. У рамках макроспінової моделі проведено аналіз стійкості стаціонарних станів намагнічення залежно від кута скосу на площині параметрів кут–струм при обліку ефекту перенесення обертального моменту струмом. Для отриманих стаціонарних станів визначено зміни резонансного відгуку на змінний струм мікрохвильового діапазону і вольт-ватной чутливості спінового діода вдалині та поблизу критичних ліній струму зміщення діода при переході до автоколивального режиму. Показано, що із зростанням струму зміщення при наближенні до критичної точки виникає гістерезис частотних гілок резонансного відгуку, що індукується нелінійною мікрохвильовою модуляцією обертального моменту, який відрізняється від ефекту перекриття частотних гілок, при лоренцевому початковому характері феромагнітного резонансу з постійною шириною лінії. Проведено також моделювання мікрохвильової чутливості у рамках мікромагнітної моделі для близьких параметрів.

The microwave sensitivity of a spin diode consisting of a tunnel junction with two magnetic electrodes is investigated. The specific feature of the magnetic tunnel structure under consideration is a skew of the electrode magnetizations in the plane of the layers, arising due to exchange interaction with the adjacent antiferromagnetic layers with different superparamagnetic blocking temperatures. Within the framework of the macrospin model the stability analysis of the stationary magnetization states is carried out as a function of the electric current and the skew angle between the magnetizations of the magnetic layers on the angle-current plane, taking into account the effect of spin torque transfer. For the obtained stationary states, variations of the resonant response to an ac current of microwave range and volt-watt sensitivity of the spin diode far away from and near the critical bias-current lines of the transition to self-oscillations are determined. It is shown that with increasing the bias current upon the approach to the critical point, hysteresis of the frequency branches of resonant response appears, induced by the nonlinear microwave modulation of torque. This effect is different from the foldover-effect under the condition of initial Lorentzian character of the ferromagnetic resonance with a constant linewidth. Furthermore, micromagnetic simulation of the diode sensitivity for similar magnetic parameters is carried out.