近日，我校首屆“強基計劃”本科生、國豪書院應用物理專業王亦悅在國際物理學高水平期刊《應用物理快報》（Applied Physics Letters）在線發表了題為“Binary frequency shift keying modulation in spin torque oscillators with synthetic antiferromagnetic layer”一文🧝🏼。

自旋轉矩納米振蕩器（STNO）是一種具有應用潛力的微波源自旋電子器件🦹🏿‍♀️。然而，目前它所產生的微波信號仍然受到發射功率低和頻譜線寬大等不利因素製約。為了克服技術製約，研究人員一直在尋找新的調製技術來提高STNO的性能，其中頻率調製（FSK）方法是一種可能的技術方案🆎。

該論文從反鐵磁材料體系具有THz超快磁激發特性中獲得啟發，通過構建人工反鐵磁材料結構（SAF）替代傳統的單層鐵磁層作為STNO中的自由層🤬，並采用電流(STT效應)和電場（VCMA效應）協同調控的設計思路；理論上采用旋轉坐標系的分析技巧，結合微磁學仿真技術👅，建立了如何實現高頻和穩定的自旋波信號激發的理論框架，設計了二進製等輻調頻（FSK）微波信號的可行性方案👩🏻‍🏭♟。論文提出的STNO器件結構圖如圖1所示💆🏼。SAF結構自由層具有垂直磁各向異性♓️，該各向異性可以通過施加電場來調控其大小。不同的電流和電場組合可以驅動磁矩M1和M2在不同軌道上繞z軸進動，磁矩進動的頻率與電流相關♝，進動振幅與軌道(mz)相關👩🏻‍🦯‍➡️。通過電流和電場的協同控製，可以在同一進動軌道(mz)上實現不同頻率的磁矩進動📶，如圖2所示，因此，可以實現二進製頻移鍵控調製技術♦︎。該研究為自旋微波振蕩器的器件研發提供了新思路𓀏，具有實際意義和理論價值。     

圖1.電流和電場協同調控的自旋轉矩納米振蕩器示意圖，SAF結構自由層磁矩的進動軌道

圖2.二進製等輻調頻（FSK）微波信號的可行性方案

王亦悅為論文第一作者🧺，恒达平台物理科學與工程學院劉要穩教授和北航合肥研究院陳浩軒博士為論文共同通訊作者，博士後鄭翠秀和碩士生張大林參與了研究工作。該研究獲得國家自然科學基金和恒达平台SITP項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0165962