Слоистые спин-вентильные структуры применяются в таких микроэлектронных устройствах, как магниторезистивная память с произвольным доступом, различные спин-трансферные наноосцилляторы и бинарный стохастический нейрон, используемый для реализации вероятностной спиновой логики. Выбор базовых режимов работы спинового вентиля для этих микроэлектронных устройств является актуальной задачей. В работе рассмотрена математическая модель спинового вентиля квадратного поперечного сечения с продольной анизотропией, помещенного в магнитное поле, перпендикулярное оси анизотропии и плоскости слоев. С помощью качественного анализа полученной системы уравнений, описывающей динамику вектора намагниченности свободного слоя спинового вентиля, определены равновесные распределения намагниченности свободного слоя для спин-вентильной структуры. Бифуркационный анализ динамической системы уравнений выявил условия смены типа особых точек системы. Проведенное исследование динамики вектора намагниченности свободного слоя спинового вентиля позволило выбрать основные режимы его работы в качестве составляющей магниторезистивной памяти, спин-трансферного наноосциллятора и бинарного стохастического нейрона. Определены диапазоны магнитного поля и тока, соответствующие оптимальным параметрам работы данных устройств, включая частотные и амплитудные характеристики спин-трансферных наноосцилляторов и характеристики быстродействия переключательных элементов.
1. Dependence of voltage and size on write error rates in spin-transfer torque magnetic ran-dom-access memory / J.J. Nowak, R.P. Robertazzi, J.Z. Sun et al. // IEEE Magnetics Letters. – 2016. – Vol. 7. – P. 3102604-1–3102604-4.
2. You Ch.Y. Spin torque nano-oscillator with an exchange-biased free rotating layer // Journal of Magnetics. – 2009. – No. 14(4). – P. 168–171.
3. Behin-Aein B., Diep V., Datta S. A building block for hardware belief networks // Scien-tific Reports. – 2016. – No. 6(1). – P. 1–10.
4. Camsari K.Y., Faria R., Sutton B.M., Datta S. Stochastic p-bits for invertible logic // Physical Review X. – 2017. – No. 7(3). – P. 031014-1–031014-19.
5. Sutton B., Camsari K.Y., Behin-Aein B., Datta S. Intrinsic optimization using stochastic nanomagnets // Scientific Reports. – 2017. – No. 7(1). – P. 1–9.
6. Shim Y., Jaiswal A., Roy K. Ising computation based combinatorial optimization using spin-Hall effect (SHE) induced stochastic magnetization reversal // Journal of Applied Physics. – 2017. – No. 121. – P. 193902-1–193902-8.
7. Faria R., Camsari K.Y., Datta S. Low barrier nanomagnets as p-bits for spin logic // IEEE Magnetics Letters. – 2017. – Vol. 8. – P. 2685358-1–2685358-5.
8. Low-energy deep belief networks using intrinsic sigmoidal spintronic-based probabilistic neurons / R. Zand, K.Y. Camsari, S.D. Pyle et al. // Proc. of the 2018 on Great Lakes Symposium on VLSI (Chicago, Illinois, May 23–25, 2018). – 2018. – P. 15–20.
9. Slonczewski J.C. Current-driven excitation of magnetic multilayers // Journal of Magnet-ism and Magnetic Materials. – 1996. – Vol. 159. – P. L1–L7.
10. Ostrovskaya N.V., Skidanov V.A., Iusipova Iu.A. Bifurcations in the dynamical system for three-layered magnetic valve // Solid State Phenomena. – 2015. – Vol. 233–234. – P. 431–434.
11. Островская Н.В., Скиданов В.А., Юсипова Ю.А. Классификация динамических режимов переключения намагниченности в трехслойной ферромагнитной структуре в за-висимости от спин-поляризованного тока инжекции и внешнего магнитного поля. I. Про-дольная анизотропия // Компьютерные исследования и моделирование. – 2016. – Т. 8. – №4. – C. 605–620.
12. Iusipova Iu.A. Analysis of the switching characteristics of MRAM cells based on mate-rials with uniaxial anisotropy // Semiconductors. – 2018. – Vol. 52. – No. 15. – P. 1982–1988.
13. Юсипова Ю.А. Прецессия намагниченности свободного слоя спинового вентиля и его переключение при воздействии магнитного поля, перпендикулярного оси анизотропии // Изв. вузов. Электроника. – 2019. – Т. 24. – №2. – С. 160–173.
14. Spin transport and microwave self-oscillations in magnetic heterostructures with giant magnetoresistance / V.I. Korneev, A.F. Popkov, G.D. Demin et al. // Semiconductors. – 2012. – Vol. 46. – No. 13. – P. 1553–1561.