(57)【要約】スピン発振器デバイス（１）は、拡張多層磁性薄膜スタック（２）を有する第１スピンホール効果ナノ発振器ＳＨＮＯ（２）を備え、ナノ狭窄(nano-constriction)ＮＣ（６）が前記磁性膜スタック（２）に設けられ、磁性フリー層（３）およびスピンホール効果層を備え、ナノスコピック領域を有するＳＨＮＯ（２，６）を提供し、ＮＣ（６）は、電流（Ｉｄｃ）をナノスコピック領域に集中させるように構成され、磁性フリー層（３）において磁化自動発振ＭＡＯを励起するのに要する必要電流密度を発生するように構成され、円周方向磁界（ＨＯｅ）がＮＣ（６）を取り囲み、実質的に面外成分を有する外部印加磁界（Ｈｅｘｔ）は、第２スピン発振器デバイス（ＮＣｎ）に向かうＭＡＯの空間的拡張を制御するように構成され、これは、第１ＮＣ（ＮＣ１）に対してＭＡＯ伝達(communication)で配置され、同期している。
2020502821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡張多層磁性薄膜スタック（２）を有する第１スピンホール効果ナノ発振器ＳＨＮＯ（２）を備えるスピン発振器デバイス（１）であって、
ナノ狭窄ＮＣ（６）が前記磁性膜スタック（２）に設けられ、磁性フリー層（３）およびスピンホール効果層を備え、ナノスコピック領域を有するＳＨＮＯ（２，６）を提供し、
ＮＣ（６）は、外部電源からの電流（Ｉｄｃ）をナノスコピック領域に集中させるように構成され、磁性フリー層（３）において磁化自動発振ＭＡＯを励起するのに要する必要電流密度を発生するように構成され、
円周方向磁界（ＨＯｅ）がＮＣ（６）を取り囲み、
実質的に面外成分を有する外部印加磁界（Ｈｅｘｔ）は、第２スピン発振器デバイス（ＮＣ２）に向かうＭＡＯの空間的拡張を制御するように構成され、これは、第１ＮＣ（ＮＣ１）に対してＭＡＯ伝達で配置され、同期している、スピン発振器デバイス（１）。
CLAIMS
【請求項２】
第２周波数を有する少なくとも第２ＮＣ（ＮＣ２）が、第１ＮＣ（ＮＣ１）に対して横方向に積み重ねられ、ＭＡＯ伝達で配置され、第１周波数（ｆ１）を有する第１ＮＣ（ＮＣ１）に対して同期しており、第２周波数がｆ２＝ｆ１である、請求項１記載のスピン発振器デバイス（１）。
【請求項３】
第２、第３、第４周波数をそれぞれ有する少なくとも３つのＮＣ（ＮＣ２，ＮＣ３，ＮＣ４）が、デイジーチェーン接続され、第１ＮＣ（ＮＣ１）に対して横方向に配置され、ＭＡＯ伝達で配置され、第１周波数（ｆ１）を有する第１ＮＣ（ＮＣ１）に対して同期しており、第２周波数ｆ２、第３周波数ｆ３および第４周波数がｆ２＝ｆ３＝ｆ４＝ｆ１である、請求項２記載のスピン発振器デバイス（１）。
【請求項４】
２つのＮＣを接続する領域が、接続領域内にＭＡＯをさらに延長し、２つのＮＣ間の相互作用強度を増加させるように、幅が調整される、請求項１記載のスピン発振器デバイス（１）。
【請求項５】
複数のＮＣが、直線チェーンで配置され、
全てのＮＣは、互いに同期することが可能であり、
複数のこうしたチェーンは、横方向に配置されて、隣接するチェーンの相互同期を促進し、２つの横方向次元に延びる相互に同期したＮＣの２Ｄアレイを実現する、請求項１記載のスピン発振器デバイス（１）。
【請求項６】
複数のＮＣが、直線チェーンで配置され、
全てのＮＣは、互いに同期することが可能であり、
複数のこうしたチェーンは、相互の上部に垂直方向に配置されて、隣接するチェーンの相互同期を促進し、１つの横方向次元および１つの垂直方向次元に延びるＮＣの２Ｄアレイを実現する、請求項１記載のスピン発振器デバイス（１）。
【請求項７】
複数のＮＣが、直線チェーンで配置され、
全てのＮＣは、互いに同期することが可能であり、
複数のこうしたチェーンは、横方向に配置されて、隣接するチェーンの相互同期を促進し、２つの横方向次元に延びる相互に同期したＮＣの２Ｄアレイを実現し、
複数のこうした２Ｄアレイは、相互の上部に垂直方向に配置されて、隣接する２Ｄアレイの相互同期を促進し、２つの横方向次元および垂直方向次元に延びるＮＣの３Ｄアレイを実現する、請求項１記載のスピン発振器デバイス（１）。
【請求項８】
複数の異なる、請求項１記載のスピン発振器デバイス（１）であって、
導電ラインが、スピン発振器デバイスに近接して配置され、周波数ｆを有するマイクロ波磁界を提供して、スピン発振器デバイスがマイクロ波磁界と同期できるようになり、
各スピン発振器は、その個々の電流駆動を有し、各スピン発振器の周波数ｆｉは個別に制御可能であり、所定の電流レベルで各ｆｉは互いに異なるようにでき、
スピン発振器デバイスは、
駆動電流のある特有のセットについて、各ｆｉはｆに十分に接近して、大部分または全てのスピン発振器デバイスはマイクロ波磁界に注入ロックするようになり、
各スピン発振器デバイスからの個々のマイクロ波信号は結合され、駆動電流の特有のセットについて、この結合したマイクロ波信号は、明確な最大値を有し、入力電流とスピン発振器デバイスのセットとの間の整合を識別する、複数の異なるスピン発振器デバイス（１）。
【請求項９】
複数の異なる、請求項１記載のスピン発振器デバイス（１）であって、
スピン発振器デバイスのラインが、局所磁界または局所電界をそれぞれ提供し、例えば、個々のスピン発振器デバイスの周波数ｆｉを同調させる個々の導電ラインを有し、
スピン発振器デバイスは、局所的な磁界または電界のある特有のセットについて、各ｆｉが共通の相互周波数ｆに十分に接近し、そのため大部分または全てのスピン発振器デバイスは、この共通の単一周波数に同期するように設計され、
スピン発振器デバイスのチェーンからのマイクロ波信号は、明確な最大値を有し、入力された磁界または電界とスピン発振器デバイスのセットとの間の整合を識別する、複数の異なるスピン発振器デバイス（１）。
【請求項１０】
直線チェーン状に横方向に配置された複数のＮＣ（ＮＣ１，ＮＣ２）は、幅が調整可能であり、互いにオフセットして積み重ねられ、ＮＣの２Ｄアレイを形成する、請求項１記載のスピン発振器デバイス（１）。
【請求項１１】
スピントロニクス、マグノニクス、ハードディスクドライブ（読み取りヘッド）、マイクロ波信号発生器および、検出器または磁壁デバイスのうちの１つ以上における、請求項１〜６のいずれかに記載のデバイスの使用。
【請求項１２】
スピン発振器デバイス（１）は、磁気トンネル接合をベースとしている、請求項７記載のデバイスの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピン発振器デバイスおよびこうしたデバイスの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピン発振器デバイス、例えば、スピン流を利用するスピンホール効果ナノ発振器（ＳＨＮＯ：ｓ）などのが知られている。
【０００３】
スピン流が、スピントランスファートルクとして知られるプロセスでその角運動量を薄膜の磁化に伝達できる。スピン電流が、スピンホール効果を介して電荷電流から発生できる。電荷電流をナノ狭窄（ＮＣ）に通過させることによって得られる十分に大きいスピン流密度では、磁性薄膜の固有の減衰(damping)は完全に補償でき、磁化の自動発振が持続できる。
【０００４】
こうした本質的にナノスケールのデバイスは、高度に同調可能な広帯域発振器が必要とされる用途にとって魅力的な候補である。しかしながら、発振器の低出力パワーおよび高い位相雑音はそれらの進歩を失速させている。発振器性能を改善する一般に認められた技術は、それらの多くを一緒に同期させることであった。
【０００５】
発振器技術を超えて、こうしたデバイスは他の潜在的用途を有する。例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）集積回路がデータ処理における先行技術であるが、こうした「超ＣＭＯＳ(beyond CMOS)」技術の１つは、伝搬スピン波および局在スピン波の両方の機能化に依存するものであり、一般にマグノニクス(magnonics)と称されるスピントロニクスでのサブ分野である。マグノニクス装置の典型的なコンポーネントは、スピン波を発生し操作し検出する機構、そしてスピン波が進行しまたは相互作用する磁気媒体を含む。これらの技術の拡張は、人間の脳に見られる機能性を模倣することを目的とした神経形態学的機能のために、スピントロニクス発振器の大規模並列ネットワークを利用することである。従って、新しい技術を開発して、スピン波および磁化自動発振をナノスケールで操作し、確実に制御することが重要である。さらに、強磁性媒体内での減衰および損失に起因して、伝搬するスピン波の有限伝搬長および弱く局在化したスピン波の間の有限の相互作用長が存在する。スピン波の伝搬および相互作用の範囲を増加させることも技術的に好都合であり、そのため情報がより長い距離に渡って移送できる。
【０００６】
結合した非線形発振器の同期および位相ロックは一般的な自然現象である。結合は、典型的には相互的なものとして説明され、各発振器は、得られる同期状態において能動的な役割を果たすためである。相互同期は、用途に必要とされる十分な信号品質を達成する主要な手段と考えられる。それはまた、発振器ネットワークにおいて神経形態学的機能の重要なメカニズムである。しかしながら、今のところＳＨＮＯの相互同期は実験的に実証されていない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様によれば、相互作用する局在スピン波は、同期を生じさせる主要な結合メカニズムである。さらに、一般に使用される面内磁界の代わりに、面外磁界でＳＨＮＯを動作させることによって、自動発振領域の局所的性質が減少でき、自動発振領域はサイズを拡大できる。面外磁界とＳＨＮＯ駆動電流のある特有の組合せでは、面外磁化方向および発振器の固有の非線形性は、組み合わさって、発振の極大値をＮＣの側面からＮＣの内部に切り離す。この切り離し後、自動発振領域は、実質的にサイズが拡大することがあり、その両方とも単一のＳＨＮＯのマイクロ波出力パワーを増加させ、２つ以上のＳＨＮＯの安定な相互同期を可能にする。
【０００８】
第１態様の第１実施形態によれば、スピン発振器デバイスが提供され、これは、拡張した２層式磁性および非磁性薄膜スタック(stack)を有する第１スピンホール効果ナノ発振器（ＳＨＮＯ）を備え、ナノ狭窄（ＮＣ）が２層式薄膜スタックに設けられ、磁性フリー層を備え、ナノスコピック(nanoscopic)領域を有するＳＨＮＯを提供する。ＮＣは、電流をナノスコピック領域に集中させるように構成され、磁性フリー層に自動発振スピン波を発生するのに要する必要電流密度を発生するように構成される。外部印加磁界は、フリー層磁化の方向を制御して、それが膜平面に対して非ゼロの面外角度を形成し、スピン波領域が、ＮＣエッジから引き離されて、ＮＣ領域の内外に第２スピン発振器デバイスに向けて拡大し、自動発振を行い、そして第１ＮＣに同期するように構成される。
【０００９】
一態様によれば、垂直アレイ形状で複数のＮＣをデイジーチェーン接続(daisy-chain)することによって、スピン波情報（即ち、スピン波位相、周波数、振幅、およびそれらの変調）を一方のＮＣから他方のＮＣに、単一のＮＣによって可能なものよりかなり長い距離に渡って伝搬させることができる。これは、局在スピン波がこれらの固有的局在よりはるかに大きい距離に渡って情報を伝達できるようになるため、技術的に好都合である。このことはスピン波の範囲を増加させ、情報がより大きい距離に渡って伝送可能になる。
【００１０】
一態様によれば、ブリッジを調整することによって、例えば、２つ以上のスピン発振器を接続するブリッジを狭くすることによって、ブリッジ内のスピン流密度を増加させることができ、スピン波減衰は減少し、発振器領域をブリッジ内にさらに拡大させ、スピン発振器間の相互作用を増加できる。これにより２つ以上のスピン発振器が相互に同期可能な距離がさらに長くなる。
【００１１】
一態様によれば、２つ以上のスピン発振器からなる２つ以上のラインを互いに隣接して配置することによって、ダイポール結合は、隣接ラインでのスピン発振器を相互に同期させことができ、スピン発振器の２次元横方向アレイ全体を相互に同期させることを可能にする。
【００１２】
一態様によれば、２つ以上のスピン発振器からなる２つ以上のラインを相互の上部に製造することによって、ダイポール結合は、隣接ラインでのスピン発振器を相互に同期させことができ、スピン発振器の２次元アレイ全体を互いに同期させることを可能にする。同様に、２つ以上の横方向アレイのスピン発振器を相互の上部に製造することによって、スピン発振器の３次元アレイ全体を互いに同期させることができる。
【００１３】
一態様によれば、典型的には、幾何形状または材料の相違のいずれかによる異なる周波数を備えた多数のスピン発振器が並列に接続され、これらは個々の駆動電流を有するが、これらのマイクロ波信号は一緒に結合するようになる。スピン発振器の集合体(ensemble)の上部には、周波数ｆのマイクロ波磁界を提供する導体が位置する。各スピン発振器の周波数ｆｉは、独立して制御可能である。スピン発振器の集合体への入力電流Ｉｉの特定のセットについては、全てのｆｉは、注入ロックするｆに十分に接近するようになる。スピン発振器の集合体の合成出力信号は、多数の注入同期スピン発振器と共に強く増加するようになり、このマイクロ波信号の強度は、発振器の集合体がｆにどれだけ接近して同調されているかの尺度として使用できる。出力信号は、特定セットの入力電流について最も強くなるため、スピン発振器の集合体は、このセットを認識するために使用できる。導体を通るマイクロ波電流強度を調整することによって、周波数ｆｉがｆにどれだけ接近して整合すべきかの条件も調整できる。
【００１４】
一態様によれば、典型的には、幾何形状または材料の相違のいずれかによる異なる周波数を備えた多数のスピン発振器が直列に接続され、これらは同じ駆動電流を有するが、異なる周波数ｆｉを発生する。各スピン発振器の上部には、静磁界を提供し、当該スピン発振器の周波数を独立に調整する導体が位置する。よって、各スピン発振器の周波数ｆｉは、独立して制御可能である。導体の集合体への特定のセットの入力電流Ｉｉについては、全てのｆｉは、相互に同期するのに互いに十分に接近するようになる。スピン発振器の集合体の合成出力信号は、相互に同期した多数のスピン発振器と共に強く増加するようになり、このマイクロ波信号の強度は、発振器の集合体が共通周波数にどれだけ接近して同調されているかの尺度として使用できる。出力信号は、導体への特定のセットの入力電流について最も強くなるため、スピン発振器の集合体は、このセットを認識するために使用できる。スピン発振器の集合体を介して電流強さを調整することによって、これらの相互作用強度は調整でき、よって周波数ｆｉが互いにどれだけ接近して整合すべきかの条件も調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明の特徴および利点は、下記の詳細な説明および添付図面からさらに明らかになるであろう。
【００１６】
【図１ａ】本発明の実施形態に係るスピン発振器デバイスを側方からの断面図で示すものであり、スタック層を示す。
【図１ｂ】本発明の実施形態に係るスピン発振器デバイスを平面図で示すものであり、ナノ狭窄、そして電流駆動およびマイクロ波電圧発生を示す。
【図２】本発明の実施形態に係るスピン発振器デバイスを主要平面図で示すものであり、相互同期を示す。
【図３】本発明の実施形態に係るスピン発振器デバイスを主要平面図で示し、増強された相互同期を示す。
【図４】本発明の代替の実施形態に係るスピン発振器デバイスを主要平面図で示すものであり、２つの横方向での２次元同期を示す。
【図５ａ】本発明の代替の実施形態に係るスピン発振器デバイスを側方からの断面図で示すものであり、１つの横方向および法線方向における２次元同期を示す。
【図５ｂ】本発明の代替の実施形態に係るスピン発振器デバイスを主要平面図で示すものであり、１つの横方向および法線方向における２次元同期を示す。
【図６ａ】本発明の代替の実施形態に係るスピン発振器デバイスを側方からの断面図で示すものであり、２つの横方向および法線方向における３次元同期を示す。
【図６ｂ】本発明の代替の実施形態に係るスピン発振器デバイスを主要平面図で示すものであり、２つの横方向および法線方向における３次元同期を示す。
【図７ａ】本発明の代替の実施形態に係るスピン発振器デバイスを側方からの断面図で示すものであり、隣接する導電線が、静磁界および、スピン発振器とは異なる周波数を持つマイクロ波磁界の組合せを提供する。スピン発振器は、マイクロ波磁界の周波数に注入ロックできる。
【図７ｂ】本発明の代替の実施形態に係るスピン発振器デバイスを主要平面図で示すものであり、隣接する導電線が、静磁界および、スピン発振器とは異なる周波数を持つマイクロ波磁界の組合せを提供する。スピン発振器は、マイクロ波磁界の周波数に注入ロックできる。
【図８】本発明の代替の実施形態に係る、単一周波数を持つマイクロ波電界を提供する追加の線を備えたスピン発振器デバイスの直線並列アレイを平面図で示す。各スピン発振器は、各発振器周波数を制御する電流を用いて個々に駆動可能である。各スピン発振器器らのマイクロ波信号は一緒に結合される。全ての入力電流が、個々の周波数がマイクロ波磁界周波数に接近するものである場合、全ての発振器は、この周波数に注入ロックし、結合時に大きなコヒーレントマイクロ波出力電圧を提供する。
【図９ａ】本発明の代替の実施形態に係る、追加のＤＣ磁界を提供する追加の線を有するスピン発振器デバイスの直線直列アレイを側面からの断面図で示す。各スピン発振器は、追加の磁界なしで、相互に同期しない十分に異なる周波数で発振するように設計される。追加の磁界が、個々の周波数が互いに接近するような場合、全ての発振器は、単一の結合周波数に注入ロックし、結合時に大きなコヒーレントマイクロ波出力電圧を提供する。
【図９ｂ】本発明の代替の実施形態に係る、追加のＤＣ磁界を提供する追加の線を有するスピン発振器デバイスの直線直列アレイを平面図で示す。各スピン発振器は、追加の磁界なしで、相互に同期しない十分に異なる周波数で発振するように設計される。追加の磁界が、個々の周波数が互いに接近するような場合、全ての発振器は、単一の結合周波数に注入ロックし、結合時に大きなコヒーレントマイクロ波出力電圧を提供する。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１ａ〜図１ｂは、本発明の一実施形態に係るスピン発振器デバイスを示す。
【００１８】
スピン発振器デバイス１は、フリー層とも称される磁性層３と、スピンホール効果を介して磁性層にスピン流を供給する隣接層４，５とを有するスピン発振器２を備える。スピン発振器デバイス１は、局在または伝搬するスピン波（ＳＷ）を発生するように構成される。スピン発振器２は、電流Ｉｄｃを注入し、及び／又は磁界を印加することによって、制御されるように構成される。本実施形態では、スピン発振器２は、スピンホール効果ナノ発振器ＳＨＮＯであり、ナノ狭窄(nano-constriction)（ＮＣ）６が層３，４，５に設けられる。
【００１９】
典型的には、動作時に電荷電流Ｉｄｃがスピン発振器デバイス１を通って注入され、ＮＣ６に集中するようになり、スピン電流Ｉｓを層４，５から磁性層３の中へ駆動する。両方の層４，５が存在しない代替の実施形態において、固有スピン電流が、不均一磁化を通過する電流を介してＮＣ領域内で駆動される。典型的には、層４，５のスピンホール角は、これらの個々のスピン流が磁性層３内で建設的に合算するように反対の符号を有するように選択される。全てのスピン流の純合計は、層３での磁化の発振を励起する。これらの発振は、フリー層３内に局在化または伝搬するスピン波を発生し、それはＮＣ６から伝搬または遠くに延びる。
【００２０】
代替として、スピン発振器２は、層４または５の一方または両方を省略できる。
【００２１】
代替として、フリー層３は、複合層及び／又は多層でもよく、異なる磁性材料および非磁性材料が組み合わされ、それらの磁気特性、例えば、これに限定されないが、磁化強度および方向、磁気異方性強度および方向、スピン波減衰(damping)、スピン分極および磁気抵抗などを調整している。
【００２２】
スピン発振器２は、磁気抵抗効果、例えば、異方性磁気抵抗、巨大磁気抵抗、トンネル磁気抵抗、またはこれらの組合せなど、により出力信号Ｖｒｆを発生する。
【００２３】
ここで図１ａと図１ｂを参照する。図１ａと図１ｂは、スピン発振器デバイス１を側面および上方からの全体図で示すものであり、非限定的な例として典型的なスタック層およびナノ狭窄を示す。
【００２４】
図１ａと図１ｂは、図１に示すようなスピンホール効果ナノ発振器（ＳＨＮＯ）デバイス１のアーキテクチャを示す。層３，４，５内にリソグラフィ式で画定されたナノ狭窄６は、典型的には対称であり、５〜５００ｎｍの幅を有し、典型的には同じ範囲内の曲率半径を有し、０〜９０度の開口角で、電流Ｉｄｃをナノスコピック領域に集中させるように機能する。電流Ｉｄｃのこうした集中は、フリー層３においてスピン波を励起するのに要する必要スピン流密度を発生する。ナノ狭窄ＮＣ６を通過する電流Ｉｄｃと共に、エルステッド(Oersted)磁界（ＨＯｅ）と称される周方向磁界が存在するため、面内磁界成分および面外磁界成分の両方をＮＣ６に生じさせる。外部印加磁界（Ｈｅｘｔ）がＮＣ６の幅に渡って一定である面外成分を有する場合、エルステッド磁界の純効果は、ＮＣ６のエッジの一方において磁界最小値を有する不均一な全体磁界である。
【００２５】
説明したように、本発明の一態様によれば、ＮＣ６幾何形状、エルステッド磁界および外部印加磁界の特有の組合せにより、低い電流での自動発振がＮＣ６のエッジにおいて最も低い全体磁界で開始するようになる。自動発振の非線形性の影響の下で、ある電流値が存在し、それを超えると自動発振の最大値がエッジから切り離して、ＮＣ６の内側に移動する。この切り離しに伴って、ＮＣ６を通り、そしてＮＣ６の外側の両方向での自励発振領域の拡大がある。
【００２６】
ここで図２を参照して、これは本発明の実施形態に係る２つのスピン発振器デバイスを主要図で示すものであり、相互同期を示す。
【００２７】
面外成分を有する外部印加磁界（Ｈｅｘｔ）は、２つのナノ狭窄ＮＣ１，ＮＣ２での自動発振を制御するように構成される。２つのＮＣは、自然な処理変動により、または設計によって意図的に幾何形状（例えば、幅、曲率、開口角）が相違する。異なる幾何形状は、典型的には、ｆ１，ｆ２で示されるＮＣ１，ＮＣ２での異なる自動発振周波数を生じさせる。駆動電流Ｉｄｃと外部印加磁界（Ｈｅｘｔ）との組合せにより、自動発振領域は、自動発振領域間の直接相互作用、最終的にはｆ１＝ｆ２となるように自動発振の相互同期を生じさせるのに十分に拡大できる。
【００２８】
ここで図３を参照して、本発明の実施形態に係る２つのスピン発振器デバイスＮＣ１，ＮＣ２を主要図で示すものであり、大きな距離に渡る相互同期を示す。
【００２９】
ＮＣ１，ＮＣ２を接続するブリッジの開口角は０〜９０度の範囲で変化でき、ここで０度は、ＮＣ１，ＮＣ２と同じ幅を有する均一なナノワイヤを意味し、９０度は、準無限幅のブリッジを意味する。大きい距離に渡って相互同期を達成する典型的な実施形態において、開口角は数度(few degrees)であり、そのためブリッジ内の電流密度は高いが、ＮＣ１，ＮＣ２内のものよりも低くなる。こうして自動発振は、ＮＣ１，ＮＣ２において開始することになるが、電流が増加すると、自動発振領域はブリッジ内でさらに拡大するようになり、長距離に渡る相互同期を著しく促進する。
【００３０】
図３の実施形態は、３つ以上のナノ狭窄に必然的に拡張でき、異なる幅および曲率のＮ個のナノ狭窄のラインが異なる長さおよび開口角のブリッジによって接続される。典型的な実施形態において、全てのＮＣは、自然な処理変動を除いて、名目上は類似しており、全てのブリッジは名目上は類似している。外部印加磁界とＮＣのラインを通る駆動電流との組合せにより、ＮＣの部分的または完全に同期した状態を達成できる。発振器のこのチェーン(chain)は、無限に延長できる。こうして、原則として、無限数の発振器がデイジーチェーン接続できる。
【００３１】
ここで図４を参照して、それぞれ２つのナノ狭窄を有する２つのラインが互いに隣接して配置され、横方向２次元アレイを形成する。外部磁界とアレイを通る駆動電流との組合せが、自動発振領域間の静磁気結合を介して隣接するラインの相互同期を促進できる。こうして部分的にまたは完全に相互に同期した自動発振領域の２次元アレイが実現できる。
【００３２】
図４の実施形態は、３つ以上のラインおよび３つ以上のナノ狭窄を有する各ラインに必然的に拡張でき、そのためＮ×Ｍ個のナノ狭窄の横方向２次元アレイが実現される。外部印加磁界とＮＣのラインを通る駆動電流と組合せにより、ＮＣの部分的または完全に同期した状態を達成できる。この発振器アレイは、無限に延長できる。こうして、原則として、無限数の発振器が２次元にデイジーチェーン接続できる。
【００３３】
ここで図５ａ〜図５ｂを参照して、２つのナノ狭窄が相互の上に配置され、ラインに沿って、構成層の平面に対して垂直な方向に延びる２次元アレイを形成している。外部磁界とアレイを通る駆動電流との組合せが、自動発振領域間の静磁気結合を介して隣接するラインの相互同期を促進できる。こうして部分的にまたは完全に相互に同期した自動発振領域の２次元アレイが実現できる。
【００３４】
図５ａと図５ｂの実施形態は、該平面に対しておよび３つ以上のナノ狭窄を有する各ラインに対して垂直な方向に、３つ以上のナノ狭窄６に必然的に拡張でき、そのためＮ×Ｍ個のナノ狭窄の２次元アレイが実現される。この発振器アレイは、無限に延長できる。こうして、原則として、無限数の発振器が２次元にデイジーチェーン接続でき、１つの次元はデバイスの平面に対して垂直である。
【００３５】
ここで図６を参照して、それぞれ２つのナノ狭窄を有する２つのラインからなる２つの２次元アレイ１０が、相互の上に配置され、横方向に、そして構成層の平面に対して垂直な方向に延びる３次元アレイ１０を形成している。外部磁界とアレイを通る駆動電流との組合せが相互同期を促進できる。こうして部分的にまたは完全に相互に同期した自動発振領域の３次元アレイが実現できる。
【００３６】
図６の実施形態は、該平面に対しておよび３つ以上のナノ狭窄６を有する３つ以上のラインを有する各アレイに対して垂直な方向に、３つ以上の２次元アレイに必然的に拡張でき、そのためＮ×Ｍ×Ｐ個のナノ狭窄の３次元アレイ１０が実現される。この発振器アレイ１０は、無限に延長できる。こうして、原則として、無限数の発振器が３次元にデイジーチェーン接続できる。
【００３７】
ここで図７を参照して、導体１１がスピン発振器の上部に配置される。導体１１は、静磁界とマイクロ波磁界との組合せを提供できる。静磁界は、スピン発振器の周波数を調整するために使用できる。マイクロ波磁界は、スピン発振器の周波数を注入ロックできる。
【００３８】
ここで図８を参照して、典型的には、幾何形状または材料の差からのいずれかによる異なる周波数を備えた多数のスピン発振器ＮＣ１，ＮＣ２，ＮＣ３が並列に接続され、これらは個々の駆動電流を有するが、これらのマイクロ波信号は一緒に結合するようになる。スピン発振器の集合体(ensemble)の上部には、周波数ｆのマイクロ波磁界を提供する導体が位置する。各スピン発振器の周波数ｆｉは、独立して制御可能である。スピン発振器の集合体への入力電流Ｉｉの特定のセットについては、全てのｆｉは、注入ロックするｆに十分に接近するようになる。スピン発振器の集合体の合成出力信号は、多数の注入同期スピン発振器と共に強く増加するようになり、このマイクロ波信号の強度は、発振器の集合体がｆにどれだけ接近して同調されているかの尺度として使用できる。出力信号は、特定セットの入力電流について最も強くなるため、スピン発振器の集合体は、このセットを認識するために使用できる。導体を通るマイクロ波電流強度を調整することによって、周波数ｆｉがｆにどれだけ接近して整合すべきかの条件も調整できる。
【００３９】
ここで図９を参照して、典型的には、幾何形状または材料の違いのいずれかによる異なる周波数を備えた多数のスピン発振器器ＮＣ１，ＮＣ２が直列に接続され、これらは同じ駆動電流を有するが、異なる周波数ｆｉを発生する。各スピン発振器器の上部には、静磁界を提供して、当該スピン発振器の周波数を独立に調整する導体が位置する。よって、各スピン発振器の周波数ｆｉは、独立して制御可能である。導体１１の集合体への特定のセットの入力電流Ｉｉについては、全てのｆｉは、相互に同期するのに互いに十分に接近するようになる。スピン発振器の集合体の合成出力信号は、相互に同期した多数のスピン発振器ＮＣ１，ＮＣ２と共に強く増加するようになり、このマイクロ波信号の強度は、発振器の集合体が共通周波数にどれだけ接近して同調されているかの尺度として使用できる。出力信号は、導体への特定セットの入力電流について最も強くなるため、スピン発振器の集合体は、このセットを認識するために使用できる。スピン発振器の集合体を介して電流強さを調整することによって、これらの相互作用強度は調整でき、よって周波数ｆｉが互いにどれだけ接近して整合すべきかの条件も調整できる。
【００４０】
代替として、導体１１は、磁界を介する代わりに、各ナノ狭窄にある電圧を供給して、電圧制御異方性効果による局所的磁気異方性、よってナノ狭窄の周波数を調整するために使用できる。
【００４１】
一態様によれば、デバイスは、代替的として磁気トンネル接合をベースとしてもよい。
【００４２】
前述の詳細な説明は、本発明のより容易な理解を説明し提供することを意図しており、限定として解釈されるべきではない。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、代替の実施形態が当業者に明らかになるであろう。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【国際調査報告】
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