Mediante el uso de materiales magnéticos innovadores, una colaboración internacional de investigadores ha logrado un gran avance en el desarrollo de detectores de microondas:dispositivos que pueden detectar señales de microondas débiles utilizadas para comunicaciones móviles, Radar, y otras aplicaciones. Los detectores del equipo son compactos y proporcionan una sensibilidad récord. Se conocen como detectores de microondas de par de giro (STMD), ya que utilizan el giro de los electrones para detectar señales de microondas, a diferencia de los detectores existentes, que utilizan la carga de electrones. El detector mejorado del equipo SINANO tiene un gran potencial para ser utilizado en futuras telecomunicaciones, redes de sensores, e internet de las cosas.
El componente central del STMD está compuesto por dos capas magnéticas distintas. Una capa tiene una dirección de referencia, lo que significa que sus polos magnéticos norte y sur están fijos en el espacio. La dirección magnética de la otra capa puede cambiar en respuesta a una corriente de microondas que fluye a través de ella. Esto permite que la estructura produzca un voltaje en respuesta a una señal de microondas externa. La ventaja clave del STMD sobre las tecnologías existentes es que combina una gran sensibilidad de detección con una potencia de entrada baja para detectar incluso señales muy débiles. También combina la eficiencia energética con el tamaño a nanoescala.
Hasta la fecha, sin embargo, la sensibilidad de detección de los STMD se ha basado principalmente en la aplicación de campos magnéticos externos, lo que dificulta su implementación para aplicaciones prácticas, necesitando el uso de un imán permanente voluminoso.
Mediante el uso de capas magnéticas con anisotropía magnética perpendicular, similares a las que se utilizan en la memoria magnética de par de transferencia de espín (STT-MRAM), el equipo de SINANO demostró una sensibilidad de detección récord a temperatura ambiente sin campos de polarización externos. y para baja potencia de entrada (microvatios o menos). La sensibilidad es 20 veces mayor que la de los detectores de diodos Schottky de última generación. Esto elimina la necesidad de mover una gran cantidad de electrones a través de cables, y también elimina la necesidad de imanes permanentes o bobinas conductoras para proporcionar el campo magnético de polarización, ahorrando así de forma significativa tanto energía como espacio. Los dispositivos STMD se pueden reducir al tamaño de un nanómetro (0,07 μm 2 en el estudio), lo que los hace potencialmente adecuados para detectores de microondas compactos en chip.
"Previamente, no ha habido demostración de un STMD con una sensibilidad de detección suficientemente alta a una potencia de entrada baja, y simultáneamente sin la necesidad de un campo magnético externo, evitando así aplicaciones prácticas, "dijo el investigador principal Z. M. Zeng, Profesor SINANO en la Planta de Nanofabricación SINANO. "Hemos cumplido todos estos requisitos en un solo dispositivo".
"La alta sensibilidad para una señal de microondas ultrabaja en un campo magnético cero es emocionante para aplicaciones inalámbricas. Este trabajo presenta una nueva ruta para el desarrollo de la próxima generación de detectores de microondas en chip". dijo el coautor G. Finocchio, quien es profesor asistente en la Universidad de Messina, Italia.
"Los dispositivos espintrónicos emergentes tienen el potencial de transformar la industria electrónica, permitiendo mejoras dramáticas en la eficiencia energética y el rendimiento. Un ejemplo inmediato es el área de rápido crecimiento de la memoria magnética no volátil (MRAM). Este trabajo muestra que los dispositivos espintrónicos también pueden proporcionar un valor práctico en una clase diferente de aplicaciones, a saber, detectores de microondas a nanoescala, "dijo Pedram Khalili, profesor asistente adjunto en UCLA y coautor del artículo. "Estos dispositivos se pueden integrar en los procesos de fabricación de back-end CMOS, potencialmente permitiendo su integración en sistemas en un chip ".
El papel, "La sensibilidad del diodo de par de giro gigante en ausencia de campo magnético de polarización" se ha publicado en línea en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .
