自旋转矩振荡器(STOs)是利用磁场方向变化产生微波的纳米级器件，但任何单个器件产生的微波对于实际应用来说都太弱。物理学家们试图通过耦合大型集成电路来产生可靠的微波场，但迄今为止一直未能成功。柏林洪堡大学迈克尔?扎克(Michael Zaks)和德国波茨坦大学阿卡迪?皮科夫斯基(Arkady Pikovsky)现在展示了为什么串联这些设备无法成功，同时，还提出了其他探索途径。其研究发表在《欧洲物理B》上。
自旋转矩振荡背后的物理原理，与你很可能正在阅读本文的计算机硬盘驱动器背后的物理原理一样。这是一种被称为“巨磁电阻”的量子力学效应，在这种效应中，改变一堆交替的铁磁性和非磁性金属层周围的外部磁场，会导致电阻发生实质性的变化。如果产生的电场足够强，磁性层可以自由旋转，就会发生磁振荡，产生微波；这就是STO效应。然而，只有来自大型振荡器集合体的同步振荡才能产生足够强大到有用的微波，Zaks和Pikovsky的研究说明了为什么很难将他们同步。
为此，物理学家们使用非线性动力学方程模拟了一个串联耦合自旋转矩振荡器系统的运动。分析表明，这些系统总是太不稳定，以至于振荡无法保持一致。特别地，他们发现电流的随机波动会同时影响所有振荡器，也就是所谓的“共同噪音”，并不像一些人预测的那样稳定振荡。相反，在某些情况下，足够强的波动能够完全抑制振荡。这个新发现的现象称为“噪声引起的振荡消失”。有了这个系统的新理论知识，现在正在研究其他方法来耦合这些纳米尺度的机器，在宏观尺度上产生强大的微波。
研究由朗道-利夫什茨-吉尔伯特-斯洛切夫斯基磁化方程控制的串联自旋转矩振荡器的整体动力学。接近均斜性阻碍自旋转矩振荡器的同步化：当同步系综经历同斜分岔时，每次振荡与系综均值的微小偏差增长率会发散。根据轮廓线的结构，足够强的普通噪声，例如电路中电流的随机振荡，可以抑制所有振荡器的磁场进动，研究得到了噪声阈值幅值的显式表达式，从而实现了这种抑制。
博科园｜研究/来自：Springer
参考期刊《欧洲物理B》
DOI: 10.1140/epjb/e2019-100152-2
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