Los dispositivos en cuestión son osciladores de par de giro magnetizados uniformemente sin vórtice (ver diagrama)
Los sensores magnéticos ya se han construido a partir de uniones de túnel magnéticas (MTJ) y, debido a sus características eléctricas no lineales, ciertas MTJ deberían poder actuar como osciladores y rectificadores de alta frecuencia.
La parte principal del proyecto Singapur-Tohoku fue demostrar físicamente algo que estudios teóricos anteriores han sugerido: que la respuesta de frecuencia de los MTJ podría agudizarse si varios estuvieran acoplados a través de conexiones eléctricas.
"La viabilidad comercial de los MTJ de alta frecuencia se ve obstaculizada debido a una potencia de salida típicamente de nanovatios y un ancho de línea amplio [MHz]", según la Universidad de Tohoku. “La sincronización mutua de múltiples MTJ es una forma de superar este problema. Sin embargo, una vía eficaz para sincronizar los MTJ a nivel Wi-Fi El ancho de banda no ha estado claro hasta ahora”.
Los MTJ de 'anisotropía inclinada' de 80 x 200 nm se diseñaron, fabricaron en Tohoku y, de hecho, oscilaron automáticamente si cuatro de ellos estaban conectados en serie o en paralelo con algún sesgo de CC.
Comenzando como osciladores no sincronizados, se volvieron más armoniosos a medida que aumentaba la corriente y se sincronizaron completamente en unos pocos miliamperios.
Su resonancia ferromagnética estaba entre 2.0 y 2.3GHz sin un campo magnético externo, y podía ajustarse a través de 2.4GHz aplicando un campo magnético.
La combinación en paralelo produjo una salida particularmente limpia a 2.4GHz: con un ancho de banda de 8.4MHz a 850nW.
Uno de los efectos no lineales que pueden exhibir los osciladores de par de giro es el 'efecto de diodo de giro', que da como resultado una polarización de CC que aparece a través de un oscilador de par de giro bombeado por rf.
En una prueba de concepto posterior, el equipo Singapur-Tohoku conectó ocho de sus MTJ en serie a lo largo de un condensador y los irradió a 2.4 GHz.
Se generaron alrededor de 30 mV, incluso sin polarización magnética, a una corriente de CC suficiente para impulsar un LED rojo a través de un convertidor CC-CC LTC3108, un chip diseñado para la recolección de energía de bajo voltaje.
“Esto ha demostrado el potencial de una matriz en chip de MTJ para aplicaciones de alta frecuencia como la transmisión inalámbrica y la recolección de energía”, dijo el director del proyecto, el profesor Hyunsoo Yang de NUS.
El trabajo se cubre en detalle en el documento de Nature Communications claramente escrito 'Osciladores de par de giro conectados eléctricamente para transmisión de banda WiFi de 2.4 GHz y recolección de energía', que se puede leer en su totalidad sin pago.