自旋轉矩振蕩器(STOs)是利用磁場方向變化產(chǎn)生微波的納米級器件，但任何單個器件產(chǎn)生的微波對于實際應用來說都太弱。物理學家們試圖通過耦合大型集成電路來產(chǎn)生可靠的微波場，但迄今為止一直未能成功。

柏林洪堡大學邁克爾?扎克(Michael Zaks)和德國波茨坦大學阿卡迪?皮科夫斯基(Arkady Pikovsky)現(xiàn)在展示了為什么串聯(lián)這些設備無法成功，同時，還提出了其他探索途徑。其研究發(fā)表在《歐洲物理B》上。

自旋轉矩振蕩背后的物理原理，與你很可能正在閱讀本文的計算機硬盤驅動器背后的物理原理一樣。這是一種被稱為“巨磁電阻”的量子力學效應，在這種效應中，改變一堆交替的鐵磁性和非磁性金屬層周圍的外部磁場，會導致電阻發(fā)生實質性的變化。如果產(chǎn)生的電場足夠強，磁性層可以自由旋轉，就會發(fā)生磁振蕩，產(chǎn)生微波；這就是STO效應。然而，只有來自大型振蕩器集合體的同步振蕩才能產(chǎn)生足夠強大到有用的微波，Zaks和Pikovsky的研究說明了為什么很難將他們同步。

為此，物理學家們使用非線性動力學方程模擬了一個串聯(lián)耦合自旋轉矩振蕩器系統(tǒng)的運動。分析表明，這些系統(tǒng)總是太不穩(wěn)定，以至于振蕩無法保持一致。特別地，他們發(fā)現(xiàn)電流的隨機波動會同時影響所有振蕩器，也就是所謂的“共同噪音”，并不像一些人預測的那樣穩(wěn)定振蕩。相反，在某些情況下，足夠強的波動能夠完全抑制振蕩。這個新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象稱為“噪聲引起的振蕩消失”。有了這個系統(tǒng)的新理論知識，現(xiàn)在正在研究其他方法來耦合這些納米尺度的機器，在宏觀尺度上產(chǎn)生強大的微波。

研究由朗道-利夫什茨-吉爾伯特-斯洛切夫斯基磁化方程控制的串聯(lián)自旋轉矩振蕩器的整體動力學。接近均斜性阻礙自旋轉矩振蕩器的同步化：當同步系綜經(jīng)歷同斜分岔時，每次振蕩與系綜均值的微小偏差增長率會發(fā)散。根據(jù)輪廓線的結構，足夠強的普通噪聲，例如電路中電流的隨機振蕩，可以抑制所有振蕩器的磁場進動，研究得到了噪聲閾值幅值的顯式表達式，從而實現(xiàn)了這種抑制。

博科園｜研究/來自：Springer

參考期刊《歐洲物理B》

DOI: 10.1140/epjb/e2019-100152-2

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