Американские ученые продемонстрировали, что при пропускании постоянного электрического тока сквозь металлическую гетероструктуру, содержащую магнитные слои нанометровой толщины, можно генерировать электромагнитное излучение микроволнового диапазона.

Ранее уже проводились исследования динамики вращения спинов электронов в микроволновом диапазоне. Для этого материал, по которому течет ток, подвергался микроволновому облучению. В работе [1] учёные из Корнелльского и Йельского университетов изучили обратный эффект — эмиссию микроволнового излучения, генерируемого вследствии прецессии намагниченности наномагнита. Было продемонстрировано, что магнитная многослойная гетероструктура способна преобразовывать постоянный электрический ток в высокочастотные магнитные волны, то есть наномагниты могут служить источниками микроволнового излучения под действием спин-поляризованного тока.

В эксперименте [1] использовался эллиптический наностолбик (наноцилиндр), с главными осями 130 и 70 нм, состоящий из меди. В нём на небольшом расстоянии друг от друга располагались слои «толстой», 40 нм, ферромагнитной пленки кобальта с фиксированной намагниченностью, перпендикулярной оси цилиндра, и тонкой магнитной пленки кобальта толщиной 3 нм. Постоянный электрический ток силой в несколько миллиампер протекал вдоль оси наностолбика. Прошедшие через толстый намагниченный слой электроны приобретали поляризацию по спину, а затем их спиновая поляризация передавалась тонкому кобальтовому слою. Магнитный момент тонкого слоя кобальта начинал прецессировать, в результате чего возникало излучение в микроволновом диапазоне. Встроенный в цепь микроволновый приемник регистрировал это излучение в широком диапазоне частот до ~ 18 ГГц в зависимости от силы электрического тока и прилагаемого внешнего магнитного поля. По микроволновому излучению оказалось возможным оценить силу осцилляций на различных частотах в зависимости от электрического тока и магнитного поля, а затем количественно сравнить эти результаты с расчетами. В рецензии [2] обнаруженное микроволновое излучение сравнивалось с музыкальными звуками флейты.

Для технологических применений этого эффекта используемая пороговая плотность тока 10⁷ А/cм² должна быть снижена до 10⁵ - 10⁶ А/cм² , а мощность выходного сигнала несколько увеличена, хотя она и превышает в 40 раз шумы при комнатной температуре. Главным применением открытого эффекта будут наноустройства, излучающие микроволны, а также различные осцилляторы. Подобные исследования представляют шаг вперед к пониманию механизмов влияния потока спин-поляризованных электронов на ориентацию магнитных моментов различных нанообъектов.

1. S. I. Kiselev, J. C. Sankey, I. N. Krivotorov, N. C. Emley, R. J. Schoelkopf, R. A. Buhrman and D. C. Ralph, Nature, 425 (2003) 380.

2. J. Sun, Nature 425 (2003) 359.

А.В.Иванов