We have proposed a method to synchronize multiple spin-transfer torque oscillators based on spin pumping, inverse spin Hall, and spin Hall effects. The proposed oscillator system consists of a series of nano-magnets in junction with a normal metal with high spin-orbit coupling, and an accumulative feedback loop. We conduct simulations to demonstrate the effect of modulated charge currents in the normal metal due to spin pumping from each nano-magnet. We show that the interplay between the spin Hall effect and inverse spin Hall effect results in synchronization of the nano-magnets.
References
1.
J. C.
Slonczewski
, J. Magn. Magn. Mater.
159
, L1
(1996
).2.
A. A.
Kovalev
, G. E. W.
Bauer
, and A.
Brataas
, Phys. Rev. B
75
, 014430
(2007
).3.
J. C.
Sankey
, Y.-T.
Cui
, J. Z.
Sun
, J. C.
Slonczewski
, R. A.
Buhrman
, and D. C.
Ralph
, Nat. Phys.
4
, 67
(2008
).4.
Z.
Li
, S.
Zhang
, Z.
Diao
, Y.
Ding
, X.
Tang
, D. M.
Apalkov
, Z.
Yang
, K.
Kawabata
, and Y.
Huai
, Phys. Rev. Lett.
100
, 246602
(2008
).5.
S.
Kaka
, M. R.
Pufall
, W. H.
Rippard
, T. J.
Silva
, S. E.
Russek
, and J. A.
Katine
, Nature
437
, 389
(2005
).6.
D.
Houssameddine
, U.
Ebels
, B.
Delaet
, B.
Rodmacq
, I.
Firastrau
, F.
Ponthenier
, M.
Brunet
, C.
Thirion
, J.-P.
Michel
, L.
Prejbeanu-Buda
, M.-C.
Cyrille
, O.
Redon
, and B.
Dieny
, Nat. Mater.
6
, 447
(2007
).7.
A. M.
Deac
, A.
Fukushima
, H.
Kubota
, H.
Maehara
, Y.
Suzuki
, S.
Yuasa
, Y.
Nagamine
, K.
Tsunekawa
, D. D.
Djayaprawira
, and N.
Watanabe
, Nat. Phys.
4
, 803
(2008
).8.
Z.
Zeng
, I. N.
Krivorotov
, G.
Finocchio
, Y.
Huai
, B.
Zhang
, J.
Langer
, P. K.
Amiri
, B.
Azzerboni
, J. A.
Katine
, K. L.
Wang
, and H.
Jiang
, Sci. Rep.
3
, 1426
(2013
).9.
W. H.
Rippard
, M. R.
Pufall
, S.
Kaka
, T. J.
Silva
, S. E.
Russek
, and J. A.
Katine
, Phys. Rev. Lett.
95
, 067203
(2005
).10.
A. N.
Slavin
and V. S.
Tiberkevich
, Phys. Rev. B
74
, 104401
(2006
).11.
J.
Grollier
, V.
Cros
, and A.
Fert
, Phys. Rev. B
73
, 060409
(2006
).12.
J.
Persson
, Y.
Zhou
, and J.
Akerman
, J. Appl. Phys.
101
, 09A503
(2007
).13.
A.
Ruotolo
, V.
Cros
, B.
Georges
, A.
Dussaux
, J.
Grollier
, C.
Deranlot
, R.
Guillemet
, K.
Bouzehouane
, S.
Fusil
, and A.
Fert
, Nat. Nanotechnol.
4
, 528
(2009
).14.
A.
Dussaux
, A. V.
Khvalkovskiy
, J.
Grollier
, V.
Cros
, A.
Fukushima
, M.
Konoto
, H.
Kubota
, K.
Yakushiji
, S.
Yuasa
, K.
Ando
, and A.
Fert
, Appl. Phys. Lett.
98
, 132506
(2011
).15.
Y.
Zhou
, J.
Persson
, S.
Bonetti
, and J.
Åkerman
, Appl. Phys. Lett.
92
, 092505
(2008
).16.
S.
Urazhdin
, P.
Tabor
, V.
Tiberkevich
, and A.
Slavin
, Phys. Rev. Lett.
105
, 104101
(2010
).17.
V.
Tiberkevich
, A.
Slavin
, E.
Bankowski
, and G.
Gerhart
, Appl. Phys. Lett.
95
, 262505
(2009
).18.
J. E.
Hirsch
, Phys. Rev. Lett.
83
, 1834
(1999
).19.
T.
Kimura
, Y.
Otani
, T.
Sato
, S.
Takahashi
, and S.
Maekawa
, Phys. Rev. Lett.
98
, 156601
(2007
).20.
O.
Mosendz
, J. E.
Pearson
, F. Y.
Fradin
, G. E. W.
Bauer
, S. D.
Bader
, and A.
Hoffmann
, Phys. Rev. Lett.
104
, 046601
(2010
).21.
C.
Hahn
, G.
de Loubens
, M.
Viret
, O.
Klein
, V. V.
Naletov
, and J. B.
Youssef
, Phys. Rev. Lett.
111
, 217204
(2013
).22.
L.
Liu
, T.
Moriyama
, D. C.
Ralph
, and R. A.
Buhrman
, Phys. Rev. Lett.
106
, 036601
(2011
).23.
P.
Deorani
and H.
Yang
, Appl. Phys. Lett.
103
, 232408
(2013
).24.
A.
Ganguly
, K.
Kondou
, H.
Sukegawa
, S.
Mitani
, S.
Kasai
, Y.
Niimi
, Y.
Otani
, and A.
Barman
, Appl. Phys. Lett.
104
, 072405
(2014
).25.
A.
Ganguly
, R. M.
Rowan-Robinson
, A.
Haldar
, S.
Jaiswal
, J.
Sinha
, A. T.
Hindmarch
, D. A.
Atkinson
, and A.
Barman
, Appl. Phys. Lett.
105
, 112409
(2014
).26.
Y.
Wang
, P.
Deorani
, X.
Qiu
, J. H.
Kwon
, and H.
Yang
, Appl. Phys. Lett.
105
, 152412
(2014
).27.
I. M.
Miron
, K.
Garello
, G.
Gaudin
, P.-J.
Zermatten
, M. V.
Costache
, S.
Auffret
, S.
Bandiera
, B.
Rodmacq
, A.
Schuhl
, and P.
Gambardella
, Nature
476
, 189
(2011
).28.
L.
Liu
, C.-F.
Pai
, Y.
Li
, H. W.
Tseng
, D. C.
Ralph
, and R. A.
Buhrman
, Science
336
, 555
(2012
).29.
M.
Jamali
, K.
Narayanapillai
, X.
Qiu
, L. M.
Loong
, A.
Manchon
, and H.
Yang
, Phys. Rev. Lett.
111
, 246602
(2013
).30.
X.
Qiu
, P.
Deorani
, K.
Narayanapillai
, K.-S.
Lee
, K.-J.
Lee
, H.-W.
Lee
, and H.
Yang
, Sci. Rep.
4
, 4491
(2014
).31.
V. E.
Demidov
, S.
Urazhdin
, H.
Ulrichs
, V.
Tiberkevich
, A.
Slavin
, D.
Baither
, G.
Schmitz
, and S. O.
Demokritov
, Nat. Mater.
11
, 1028
(2012
).32.
R. H.
Liu
, W. L.
Lim
, and S.
Urazhdin
, Phys. Rev. Lett.
110
, 147601
(2013
).33.
A.
Giordano
, M.
Carpentieri
, A.
Laudani
, G.
Gubbiotti
, B.
Azzerboni
, and G.
Finocchio
, Appl. Phys. Lett.
105
, 042412
(2014
).34.
V. E.
Demidov
, H.
Ulrichs
, S. V.
Gurevich
, S. O.
Demokritov
, V. S.
Tiberkevich
, A. N.
Slavin
, A.
Zholud
, and S.
Urazhdin
, Nat. Commun.
5
, 3179
(2014
).35.
L.
Liu
, C.-F.
Pai
, D. C.
Ralph
, and R. A.
Buhrman
, Phys. Rev. Lett.
109
, 186602
(2012
).36.
Y.
Zhou
and J.
Åkerman
, Appl. Phys. Lett.
94
, 112503
(2009
).37.
B. A.
Kalinikos
, N. G.
Kovshikov
, and C. E.
Patton
, Phys. Rev. Lett.
80
, 4301
(1998
).38.
M. M.
Scott
, B. A.
Kalinikos
, and C. E.
Patton
, Appl. Phys. Lett.
78
, 970
(2001
).39.
J.
Stoer
and R.
Bulirsch
, Introduction to Numerical Analysis
, 2nd ed. (Springer
, New York
, 1993
).40.
D. V.
Berkov
, Phys. Rev. B
87
, 014406
(2013
).41.
S. I.
Kiselev
, J. C.
Sankey
, I. N.
Krivorotov
, N. C.
Emley
, R. J.
Schoelkopf
, R. A.
Buhrman
, and D. C.
Ralph
, Nature
425
, 380
(2003
).42.
A.
Slavin
and V.
Tiberkevich
, IEEE Trans. Magn.
45
, 1875
(2009
).43.
C.-F.
Pai
, L.
Liu
, Y.
Li
, H. W.
Tseng
, D. C.
Ralph
, and R. A.
Buhrman
, Appl. Phys. Lett.
101
, 122404
(2012
).44.
G.
Bertotti
, I.
Mayergoyz
, and C.
Serpico
, Nonlinear Magnetization Dynamics in Nanosystems
(Elsevier Amsterdam
, 2009
).© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
