Les dispositifs en question sont des oscillateurs à couple de spin non vortex uniformément magnétisés (voir schéma)
Les capteurs magnétiques ont déjà été construits à partir de jonctions tunnel magnétiques (MTJ) et, en raison de leurs caractéristiques électriques non linéaires, certains MTJ devraient pouvoir jouer le rôle d'oscillateurs et de redresseurs haute fréquence.
La partie principale du projet Singapour-Tohoku consistait à démontrer physiquement quelque chose que des études théoriques antérieures avaient suggéré: que la réponse en fréquence des MTJ pourrait s'améliorer si plusieurs étaient couplés via des connexions électriques.
"La viabilité commerciale des MTJ haute fréquence est entravée en raison d'une puissance de sortie typiquement nanowatt et d'une large largeur de raie [MHz]", selon l'Université du Tohoku. « La synchronisation mutuelle de plusieurs MTJ est un moyen de surmonter ce problème. Cependant, une voie efficace pour synchroniser les MTJ au niveau Wi-Fi la bande passante n’était pas claire jusqu’à présent.
Des MTJ à «anisotropie inclinée» de 80 x 200 nm ont été conçus, fabriqués à Tohoku et s'auto-oscillaient en effet si quatre d'entre eux étaient connectés en série ou en parallèle avec une certaine polarisation CC.
Commençant comme des oscillateurs non synchronisés, ils sont devenus plus harmonieux à mesure que le courant augmentait et étaient entièrement synchronisés de quelques milliampères.
Leur résonance ferromagnétique était comprise entre 2.0 et 2.3 GHz sans champ magnétique externe et pouvait être ajustée sur 2.4 GHz en appliquant un champ magnétique.
La combinaison parallèle a produit une sortie particulièrement propre à 2.4 GHz: avec une bande passante de 8.4 MHz à 850 nW.
L'un des effets non linéaires que peuvent présenter les oscillateurs à couple de rotation est «l'effet de diode de rotation», qui se traduit par une polarisation en courant continu apparaissant à travers un oscillateur à couple de rotation à pompe RF.
Dans une validation de concept ultérieure, l'équipe Singapour-Tohoku a connecté huit de leurs MTJ en série sur un condensateur et les a irradiés à 2.4 GHz.
Environ 30 mV ont été générés, même sans polarisation magnétique, à un courant continu suffisant pour entraîner une LED rouge via un convertisseur CC-CC LTC3108 - une puce conçue pour la récupération d'énergie basse tension.
«Cela a prouvé le potentiel d'un réseau sur puce de MTJ pour des applications haute fréquence telles que la transmission sans fil et la récupération d'énergie», a déclaré le professeur Hyunsoo Yang de NUS, directeur du projet.
Le travail est couvert en détail dans l'article clairement rédigé de Nature Communications «Oscillateurs à couple de rotation connectés électriquement pour la transmission en bande WiFi 2.4 GHz et la récupération d'énergie», qui peut être lu intégralement sans paiement.