Spin-orbit coupling, a phenomenon that enables the generation of nonlocal spin currents using nonmagnetic materials, is actively researched in the field of spintronics to facilitate the miniaturization and reduction of power consumption in conventional electronic devices. Recent efforts have focused on exploring spin-orbit coupling at the interface of nonmagnetic and ferromagnetic materials, aiming to implement magnetic reversal or spin-torque oscillators. However, many studies have been limited to nonmagnetic/ferromagnetic single-junction structures, underscoring the need for investigations into more complex structures. Here, this paper explores synchronization phenomena in spin-orbit torque-based nano-oscillators featuring nonmagnetic /ferromagnetic junction structures. Examining synchronization dependencies on number of spin Hall nano-oscillators (SHNOs) and distance, as well as synchronization via external radio frequencies, the objective is to advance comprehension and broaden the utility of SHNOs. Through an investigation into synchronization phenomena in nanoscale oscillators, enhancements in Q-factor and output performance indicative of wireless frequency characteristics are observed. Furthermore, by synchronizing with external frequencies, the application of GHz-range spin Hall nano-oscillators in realizing the attributes of an Ising machine is validated, thereby advancing understanding and expanding the scope of spin Hall nano-oscillator applications.
스핀 궤도 결합은 비자성 물질을 이용해 비국부적 스핀 전류를 생성하는 원리로 기존 전자소자의 집적화 및 소비전력 감소를 위해 스핀트로닉스 분야에서 활발히 연구되고 있다. 최근에는 비자성/강자성 접합에서의 스핀 궤도 결합을 통한 자화 발진기와 자화 메모리를 구현하는 연구가 진행되고 있으나, 비자성/강자성 단일 접합 구조에서의 다양한 소자 형태의 오실레이터 연구가 필요한 상황이다. 이 논문에서는, 비자성/강자성 접합구조의 스핀 궤도 토크 기반 나노 발진기에서의 소자의 갯수와 거리에 따른 동기화 현상과 외부 무선주파수를 통한 동기화 현상에 대한 연구를 통해 스핀 홀 나노 발진기의 이해와 응용가능성 확대를 도모하였다. 나노 간격의 발진기의 동기화 현상을 통해서 무선주파수의 성능을 나타내는 Q-factor와 출력이 증폭되는 현상을 발견하였고, 외부 주파수와의 동기화현상을 통해서 GHz 범위의 스핀 홀 나노 발진기를 활용하여 ising machine의 특성을 구현할 수 있음을 확인하였다.
