Terahertz-frequency oscillator driven by spin-orbit torque in NiF2/Pt bilayers

太赫兹辐射 凝聚态物理 材料科学 双层 磁阻尼 磁矩 振幅 振荡(细胞信号) 核磁共振 光电子学 物理 振动 光学 化学 声学 生物化学
作者
Zidong Wang,Hui Xu,Xiangyan Shen,Yan Liu
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
标识
DOI:10.1088/1361-6463/ad2093
摘要

Abstract Exploration and manipulation of terahertz signal generators are crucial steps in the creation of numerous applications. Antiferromagnets can boost output signal frequency to the terahertz range. We propose a nanometer-scale generating device that produces terahertz signals by DC-exciting in a bilayer structure. The structure comprises a heavy metal layer (Pt) and a non-collinear antiferromagnetic layer (NiF2), where the magnetic moments in NiF2 with single-ion anisotropy are excited by the spin current from the Pt layer through spin-orbit torque. The inhomogeneous dynamic behaviors of the magnetic moments of NiF2 are calculated by the Landau-Lifshitz-Gilbert equation. It is found that terahertz-frequency AC can be reliably output from the bilayer structure, with the frequency that can reach to 1.82 terahertz. The oscillator shows the best performance when the polarized direction of the spin current is along the hard-axis of NiF2. The frequency and the amplitude of the AC can be adjusted by the current density, thickness and damping constant of the NiF2 layer. The threshold currents for exciting and maintaining the stable oscillation increase with the thickness and damping constant of the NiF2.
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