Nytt spinn på gammal dröm

När antalet oscillatorer ökar, ökar också behovet av bandpassfilter och signalomkopplare i mikrovågsområdet, vilka tar plats. En spinnvågsoscillator matar ut upp till 2 mikrowatt färdig sinusvåg som bara behöver effektförstärkas. Oscillatorn är så liten att den kan göras till en del av effektförstärkaren.

Johan Åkerman är uppspelt när han visar hur magnetfälten ska ligga för att strömmen genom tunnlingsskiktet ska bli hög.

– Radar är ett annat användningsområde, där man nyttjar höga frekvenser och har ont om tid vid signalbehandlingen. För till exempel dopplerradar, väderradar och liknande, måste man spektrumanalysera den mottagna signalen för att se vilka frekvenser man får tillbaka, och därav kunna avgöra exempelvis storleken på vattendropparna i molnet, om de är på väg upp eller ned, eller till exempel riktningen på fiendeplanet man studsade radarvågen på, säger Johan Åkerman.

Tusen radarmottagare

Med tusen oscillatorer på ett chip, som fungerar som lokal­oscillatorer, har man plötsligt tusen radarmottagare.

– Placerar man mottagningsfrekvenserna i en stege kan man ta emot ett helt frekvensspektrum på en gång och få en spektrumanalys på en nanosekund, något som tidigare krävde omfattande fourieranalys på en snabb dator, säger Johan Åkerman.

Betydelsen av detta kan bli bättre dopplerradar som ger tydligare väderradarbilder, och bättre stridsledning i en konflikt. För att inte tala om vad försvaret skulle tycka om en hoppfrekvensradio som kan hoppa runt på mikrovågsbanden utan begränsningar och snabbt söka av banden efter störande fienderadar.

Intensiv terahertzforskning

Men varför stanna vid gigahertz? Forskningen kring terahertzfrekvenser är väldigt intensiv just nu, men hämmas av att det är svårt att få halvledare att fungera bra i frekvenser mellan 100 gigahertz och 1 terahertz. Oscillatorer och mottagare i detta frekvensområde är för närvarande väldigt esoteriska och varken särskilt effektiva eller känsliga.

Spinnvågsoscillatorer kan å andra sidan med lätthet fås att avge de här frekvenserna och stämmas av så enkelt som att man varierar strömmen genom dem. Vanlig, enkel likström.

Bryter man sönder ett mram-minne och tittar från sidan med elektronmikroskop, ser de mikrometerstora minnescellerna ut så här.
De båda partierna ”M5 write line” och det ljusa bottenpartiet är de kopparledningar som genomflyts av den ström som ”skriver” cellen, genom att vrida magnetfältet i ”cap & free layer”. I det fria lagret kan magnetfältet vridas hur som helst, medan ”fixed layer” har ett fast magnetfält som inte kan vridas. När de båda lagrens fält vänder åt samma håll har elektronerna lätt att passera tunnlingslagret, men när de vänder mot varandra är det trögare. Detta detekteras som en etta eller nolla när man skickar ström från ”top electrode” till ”bottom electrode”. ”Liner” är ett lager av permalloy utanpå kopparledaren som koncentrerar magnetfältet. Tunnlingslagret på 6 nanometer vid MTJ (magnetic tunnel junction) syns inte på bilden. Om man bara tittar på kretsen uppifrån ser man inget alls eftersom strukturerna är begravda i kiseldioxid.