Рассматриваемые устройства представляют собой безвихревые однородно намагниченные спин-крутящие генераторы (см. Диаграмму).
Магнитные датчики уже сконструированы из магнитных туннельных переходов (MTJ), и из-за их нелинейных электрических характеристик некоторые MTJ должны действовать как высокочастотные генераторы и выпрямители.
Основная часть проекта Сингапур-Тохоку физически демонстрировала то, что предполагали более ранние теоретические исследования: частотная характеристика MTJ могла бы стать более резкой, если бы несколько были соединены через электрические соединения.
«Коммерческая жизнеспособность высокочастотных MTJ затруднена из-за типичной выходной мощности в нановаттах и широкой ширины линии [МГц]», — согласно данным Университета Тохоку. «Взаимная синхронизация нескольких MTJ — один из способов решения этой проблемы. Однако эффективный путь синхронизации MTJ на Wi-Fi Пропускная способность до сих пор не была ясна».
MTJ со «скошенной анизотропией» 80 x 200 нм были разработаны, изготовлены в Тохоку и действительно автоколебались, если четыре из них были соединены последовательно или параллельно с некоторым смещением постоянного тока.
Начинаясь как несинхронизированные генераторы, они становились более гармоничными по мере увеличения тока и были полностью синхронизированы на несколько миллиампер.
Их ферромагнитный резонанс составлял от 2.0 до 2.3 ГГц без внешнего магнитного поля, и его можно было регулировать до 2.4 ГГц, применяя магнитное поле.
Параллельная комбинация дает особенно чистый выходной сигнал на частоте 2.4 ГГц: с полосой пропускания 8.4 МГц при 850 нВт.
Одним из нелинейных эффектов, которые могут проявлять осцилляторы вращающего момента, является «эффект спинового диода», который приводит к появлению смещения постоянного тока на осцилляторе вращающего момента с высокочастотной накачкой.
В ходе последующей проверки концепции команда Сингапур-Тохоку последовательно подключила восемь своих MTJ через конденсатор и облучил их на частоте 2.4 ГГц.
Даже без магнитного смещения генерировалось около 30 мВ при постоянном токе, достаточном для возбуждения красного светодиода через преобразователь постоянного тока LTC3108 - микросхему, предназначенную для сбора энергии низкого напряжения.
«Это доказало потенциал массива MTJ на кристалле для высокочастотных приложений, таких как беспроводная передача и сбор энергии», - сказал руководитель проекта профессор Хюнсу Ян из NUS.
Работа подробно описана в четко написанном документе Nature Communications «Электрически подключенные вращающие генераторы для передачи данных в диапазоне 2.4 ГГц и сбора энергии», который можно прочитать полностью без оплаты.