易平面自旋霍尔振荡器

基于铁磁体（FM）与非磁性重金属（HM）双层结构的自旋霍尔振荡器（SHO）是一种电可调的纳米级微波信号发生器。在 SHO 中实现高输出功率需要通过直接自旋霍尔电流驱动大幅度的磁化动力学。对于具有易平面磁各向异性且自旋霍尔电流极化方向垂直于易平面的 FM 层，预测其进动锥角接近 $90^\circ$ 的此类振荡可达到最大可能幅度。尽管许多 FM 在 FM 薄膜平面内表现出天然的易平面各向异性，但 HM|FM 双层中的自旋霍尔电流在该平面内极化，因而无法驱动大幅度的磁动力学。本文提出一种新型 SHO，其易平面各向异性被设计成垂直于薄膜平面，从而可由自旋霍尔电流驱动大幅度的易平面动力学。我们的实验与微磁模拟表明，通过调节纳米线 SHO 中的磁形状各向异性和垂直磁各向异性，可实现所需的易平面各向异性，从而显著增强所产生的微波功率。本文实验演示的易平面 SHO 是实现自旋电子尖峰神经元的理想候选。我们的结果为面向无线通信、神经形态计算和微波辅助磁记录的高功率 SHO 设计提供了新途径。