Michael QUINSAT Etude d?un auto-oscillateur non - Inac

Spintronique et Technologie des Composants
Soutenance Thèse SPINTEC
Vendredi 28/09/2012, 10h00
Salle B221, Maison Minatec
Michael QUINSAT
Etude d?un auto-oscillateur non-isochrone : Application à la dynamique
non-linéaire de l?aimantation induite par transfert de spin
Etude d'un auto-oscillateur non-isochrone : Application à la dynamique non-linéaire de l'aimantation induite par
transfert de spin
Les oscillateurs à transfert de spin (STO) sont des oscillateurs Radiofréquence nanométriques dont la fréquence peut
être variée d'un ordre de grandeur. Cette forte agilité en fréquence provient des propriétés non-linéaires de la dynamique
de l'aimantation induite par le transfert de spin (STT) dans des multicouches magnétiques nano-structurées.
Cette forte agilité en fréquence a le désavantage d'induire une forte sensibilité au bruit. La pureté spectrale des STO est
alors bien en dessous des pré-requis pour les applications en télécommunications.
Les principales propriétés de la dynamique de l'aimantation induite par le STT ont été décrites simplement à l'aide de la
théorie non-linéaire des ondes de spin. Cependant des informations importantes sur le mode d'excitation sont enfouies
dans des paramètres phénoménologiques tels que le couplage amplitude-phase n et le taux de relaxation Gp. La
détermination de ces paramètres avec précision est d'un intérêt primordial pour la description de la dynamique
non-linéaire.
Cette thèse décrit plusieurs méthodes expérimentales pour extraire ces paramètres. La première est la spectroscopie de
bruit depuis le domaine temporel qui permet l'extraction des Densités Spectrales de Puissance du bruit d'amplitude et de
phase. Leur analyse dans le cadre des modèles théoriques permet non seulement d'extraire directement les paramètres
non-linaires mais également de quantifier le bruit de phase qui a un intérêt technologique. Ceci est démontré pour des
dispositifs basés sur des jonctions tunnels magnétiques.
La deuxième méthode est basée sur l'analyse des largeurs de raies des harmoniques du signal, où il est montré que du
fait des propriétés non-isochrones des STO, la relation entre Dfn et Df1 est non triviale et permet l'extraction de n et Gp.
Nous utilisons alors toutes les informations obtenues sur le régime autonome de la dynamique des STO pour
comprendre leur dynamique non-autonome qui sont des pré-requis à leurs utilisations dans des architectures RF
complexes.
Study of a non-isochronous auto-oscillator: Application to nonlinear magnetization dynamics induced by spin transfer
torque
Spin Torque Oscillators (STO) are nano-sized Radio-Frequency oscillators whose frequency agility can be tuned by an
order of magnitude. This tuning originates from the non-linear properties of the underlying magnetization dynamics that
is induced by spin transfer torque (STT) in multilayered magnetic nanostructures.
Being highly tunable in frequency has the inconvenient of creating a very strong sensitivity to noise. As a result the
spectral purity of STOs is far below the one required for applications for instance in telecommunications.
The magnetization dynamics induced by STT has been described theoretically in the frame of nonlinear spin wave
theory that makes the essential features of the underlying properties very transparent. However important information on
the excitation mode are "buried" in phenomenological parameters such as n the amplitude-phase coupling and Gp the
amplitude relaxation rate. Determining these parameters with accuracy from experiments is thus an important issue.
This thesis describes several experimental methods to extract these parameters. The first is time domain noise
spectroscopy which permits to extract phase and amplitude noise Power Spectral Densities. Their analysis in the frame
of theoretical models allows direct extraction of the nonlinear parameters, but also to quantify the technological relevant
phase noise. This is demonstrated for magnetic tunnel junction devices.
A second method is the analysis of higher harmonics linewidth, where it is shown that due to the non-isochronous
property of STOs, the relationship between Dfn and Df1 is non-trivial and allows to extract n and Gp.
We then apply the information gathered on the autonomous dynamics of STOs to understand the non-autonomous
dynamics of STOs that are a prerequisite for the use of STOs in complex RF architectures. It is shown experimentally
how the nonlinear parameters influence this non-autonomous behaviour.
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