Os dispositivos em questão são osciladores spin-torque uniformemente magnetizados sem vórtice (ver diagrama)
Os sensores magnéticos já foram construídos a partir de junções de tunelamento magnético (MTJs) e, devido às suas características elétricas não lineares, certos MTJs devem ser capazes de atuar como osciladores e retificadores de alta frequência.
A parte principal do projeto Singapura-Tohoku foi demonstrar fisicamente algo que estudos teóricos anteriores sugeriram: que a resposta de frequência de MTJs poderia ser aguçada se vários fossem acoplados por meio de conexões elétricas
“A viabilidade comercial de MTJs de alta frequência é prejudicada devido a uma potência de saída tipicamente nanowatt e ampla largura de linha [MHz]”, de acordo com a Universidade de Tohoku. “A sincronização mútua de múltiplos MTJs é uma forma de superar esse problema. No entanto, um caminho eficaz para sincronizar os MTJs no Wi-Fi a largura de banda não estava clara até agora.”
80 x 200 nm 'anisotropia inclinada' MTJs foram projetados, fabricados em Tohoku, e de fato auto-oscilaram se quatro deles estivessem conectados em série ou paralelo com alguma polarização CC.
Começando como osciladores não sincronizados, eles se tornaram mais harmoniosos com o aumento da corrente e foram totalmente sincronizados por alguns miliamperes.
Sua ressonância ferromagnética estava entre 2.0 e 2.3 GHz sem um campo magnético externo, e podia ser ajustada até 2.4 GHz aplicando um campo magnético.
A combinação paralela produziu uma saída particularmente limpa em 2.4 GHz: com largura de banda de 8.4 MHz em 850nW.
Um dos efeitos não lineares que os osciladores de torque de rotação podem exibir é o 'efeito de diodo de rotação', que resulta em uma polarização CC aparecendo em um oscilador de torque de rotação com bomba de rf.
Em uma prova de conceito subsequente, a equipe Singapura-Tohoku conectou oito de seus MTJs em série através de um capacitor e os irradiou a 2.4 GHz.
Cerca de 30mV foi gerado, mesmo sem polarização magnética, com corrente CC suficiente para acionar um LED vermelho por meio de um conversor CC-CC LTC3108 - um chip projetado para coleta de energia de baixa tensão.
“Isso provou o potencial de uma matriz on-chip de MTJs para aplicações de alta frequência, como transmissão sem fio e coleta de energia”, disse o chefe do projeto, Professor Hyunsoo Yang, da NUS.
O trabalho é abordado em detalhes no artigo claramente escrito da Nature Communications 'Osciladores de torque de rotação conectados eletricamente para transmissão de banda WiFi de 2.4 GHz e captação de energia', que pode ser lido na íntegra sem pagamento.