[0001] 本发明涉及相位调制领域，具体地说，是涉及一种针对自旋转移力矩纳米振荡器的相位调制方法。

[0002] 在受到外界扰动时磁矩会围绕着有效场方向做进动，但是由于受磁体内部阻尼的影响这种进动不能长时间维持下去，它的进动角(即磁矩与有效场的夹角)会变得越来越小，磁矩最终会停止于有效场方向。但此时如果存在一个外加磁场方向与有效场不一致，则在一定的情况下，当外磁场提供的能量与被阻尼消耗的能量相等，则进动便可以在一个固定的位置维持下去。知道当自由层磁矩方向发生变化时，MTJ会呈现不同的阻态，因为固定层磁矩位置不变，而自由层磁矩在进动时位置处于周期变化中，所以MTJ会向一个振荡器一样输出周期变化的电阻信号。早期人们一般是通过磁场来控制MTJ中自由层的运动，自旋转移力矩纳米振荡器就是利用极化电流引起的自由层磁矩持续的进动，并结合磁电阻效应而得到微波振荡输出。一般来说在适当的电流范围内，不同的电流的大小会导致自旋转移力矩纳米振荡器有不同的振荡频率。

[0003] 对于相位调制由于自旋转移力矩纳米振荡器器件的相位噪声比较大故比较难以实现，可以通过“注入锁定”的方法使自旋转移力矩纳米振荡器的频率固定在工作点上，从而减少噪声的干扰，且由于对应于锁定前二者频率差会引发锁定后产生固定相位差这一现象达到相位调制的目的。在外部信号较小的情况下，当这两个频率相距不太远时，自旋转移力矩纳米振荡器的振荡频率将跟随外部信号的振荡频率。自旋转移力矩纳米振荡器振荡跟随外部信号的频率范围定义为锁定范围，对自旋转移力矩纳米振荡器来说通常是数十或者数百这个数量级。从上式便可以很明显的看出来，相位差Φ0可以通过改变自旋转移力矩纳米振荡器的频率或者外部信号的频率来调节。相位差Φ0主要由两部分组成，第一项就是失谐项由δ＝ωe-ωg和Δ＝δmax决定，第二项是其本征相位差，与自旋转移力矩纳米振荡器本身的性质和调制机制有关。主要依靠的是通过改变第一项既失谐项来完成调制。本征的相位差是为π/2，而在锁定范围的两个端点处由失谐带来的相位差为0/π这两点分别位于锁定范围的两个端点，给自旋转移力矩纳米振荡器通以合适的直流电流Idc使其在某一固定频率，比如ωg1进行稳定的振荡,给自旋转移力矩纳米振荡器通一个小的交流电流其频率为ωe且ωe＝ωg1。按时间间隔，切换通过自旋转移力矩纳米振荡器的直流Idc大小，由于不同的Idc对应自旋转移力矩纳米振荡器不同的振荡频率ωg2，ωg3，所以在ωe不变的情况下δ被按时间间隔改变了，从而达到了调节相位的目的，而其中自旋转移力矩纳米振荡器的振荡频率会基本保持为ωe。

[0004] 传统方法中为了实现大的相位调节范围和提高相位调节性，需要使δ尽可能的大，这样在理论上，相位调制的范围可在0-π之间；但在实际中在锁定范围的两个端点处往往不能实现稳定的锁定，所以其实验所得的相位调节范围只能是理论值的60％-70％，且其实验所用的器件为相对来说噪声较小磁涡旋器件，但此种器件的存在着振荡频率低及输出功率低等问题。综上现有方案存在的缺点是：相位调制的范围小，一般小于0～π；相位调制的抗噪声性较弱，对于一些器件无法在室温下进行调制。因此，开发出针对自旋转移力矩纳米振荡器的相位调制方法仍然是迫切需要。

[0005] 本发明的目的在于提供一种针对自旋转移力矩纳米振荡器的相位调制方法。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0007] 本发明包括以下步骤：

[0008] 本发明包括器件，所述器件为自由层垂直极化且固定层平行于平面，利用两种不同的本征相位差来进行相位调制，包括以下步骤：

[0009] A将所述自旋转移力矩纳米振荡器的器件注入直流电流，使其以频率ωg振荡；

[0010] B间隙性给自旋转移力矩纳米振荡器的x和y方向同时施加频率为ωg的微波磁场，选择不同的kx，ky配比，中kx，ky分别指x和y方向的磁场强度，利用相位公式来实现不同大小的线性相位调制。

[0011] 进一步地，所述相位公式为

[0012]

[0013] 进一步地，所述自旋转移力矩纳米振荡器的调制速率为10ns。

[0014] 进一步地，所述频率ωg为1-10GHz,所施加的交流磁场的磁场强度可以是30-400Oe。

[0015] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0016] 本发明具有着极好的抗热噪声性能，可以实现锁定范围可以达到0～2π，因此可以轻松实现正交相移键控，由于调制原理是两种机制的线性叠加，所以通过改变kx，ky配比可以实现相位的线性调制。附图说明

[0017] 图1为自旋转移力矩纳米振荡器的器件的结构示意图；

[0018] 图2为自旋转移力矩纳米振荡器的波形调制示意图；

[0019] 图3为自旋转移力矩纳米振荡器施加不同强度大小的x和y方向的微波磁场组合所产生的相位示意图；

[0020] 图4为自旋转移力矩纳米振荡器的相位调制示意图；

[0021] 图5为现有技术和本发明自旋转移力矩纳米振荡器的相位调制示意图；

[0022] 下面通过实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

[0023] 如图1所示，本发明所使用的器件是自由层垂直极化的，而固定层平行于平面的器件，此种器件的输出功率较大，比较有利于在未来无线通讯网络的应用。

[0024] 在本实施例子中，A将所述自旋转移力矩纳米振荡器的器件注入直流电流，使其以频率ωg振荡；

[0025] B间隙性给自旋转移力矩纳米振荡器的x和y方向同时施加频率为ωg的微波磁场，选择不同的kx，ky配比，中kx，ky分别指x和y方向的磁场强度，利用相位公式来实现不同大小的线性相位调制。

[0026] 由于通过改变δ来调节相位的方法存在着相位调制范围小，且锁定不稳定等因素，考虑用两种不同的锁定机制来进行调制，如图1所示，运用了在x和y方向的小的微波磁场来产生相位锁定，这两个方向的磁场产生的本征相位差是不同的，当δ＝0时，这两种锁定机制产生的相位差Φ0此时也等于本征相位差。便如图2所示，可以看到对于在x方向的外界微波小磁场，自由层磁矩在x方向的分量mx与外界信号的相位差是π，而自由层磁矩在y方向的分量my与外界信号的相位差是3π/2。与之对应的，当外界微波小磁场在y方向时，my与外界信号的相位差是π，而mx与外界信号的相位差为π/2。在的磁场激励相位锁定设备中，外界施加的小的x方向的单位磁场记为hx，相应的外界施加的小的y方向的单位磁场记为ihy。

[0027] 如图2中得到了看出有π/2的相位差在这两种锁定机制里，根据非线性振荡理论，当外界同时施加x和y方向的磁场时，锁定项是二者的线性组合。

[0028] h＝kxhx+ikyhy

[0029] 式中kx，ky分别指x和y方向的磁场强度，这样任意的相位的调制可以通过调节x,和y方向的磁场的大小来实现，所以方案的相位公式可以定义为

[0030]

[0031] 这样通过调节kx与ky可以在0～2π的范围内进行相位的调制。

[0032] 由于没有靠失谐项而是依靠两种不同的本征相位差来调节相位，所以不存在现有方法中由于在锁定边界处无法稳定锁定而带来的稳健性问题，本技术方案有很强的抗噪声性能，经matlab仿真实验可以在室温下进行调制。

[0033] 如图3所示，表示了通过组合不同强度的x和y方向外部微波磁场可以在0～2π之间进行任意相位调制。kx，ky表示x,与y方向施加磁场的相对大小，signal可以看做是标准信号，本技术方案中所谓的相位差就是对STNO进行调制后my与标准信号的相位差从图a可以看出当给kx，ky不同的值组合时，my与signal的相位差会发生变化，且这种变化可以是线性变化的

[0034] 如图4所示，坐标轴是相位差，对应图3中某个my与signal的相位的之差例如假设signal信号的函数表达式为sin(ωt+ψ0)，某一个my信号的函数表达式为sin(ωt+ψ1)则相位差为ψ0-ψ1

[0035] 当然在仿真中本技术方案中是无法知道确切的解析表达式的，所以本技术方案中使用的是matlab中的希尔伯特变换函数，得出信号的实部r和虚部i，从而得到瞬时相位atan(1/r)，control signal表示本技术方案中通过给定某组kx，ky可以使相位差处于0，π/2(对应于phase＝1.57rad)，π，3π/2处。

[0036] 如图5所示，说明的是本技术方案中的方法与已有方法在调制速率上的比较，a是现有方法，b是本技术方案中的方法，可以看出二者在调制速率上差不多(因为都是基于注入锁定的机制)，最快都可以达到10ns时间间隔作业，

[0037] 与现有方案0～π的锁定范围相比，方案的锁定范围可以达到0～2π，因此可以轻松实现正交相移键控，由于调制原理是两种机制的线性叠加，所以通过改变kx，ky配比可以实现相位的线性调制。

[0038] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。