Л.А. Цырульникова1, А. Р. Сафин2

1,2 Национальный исследовательский университет «МЭИ» (Москва, Россия)

1,2 Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН (Москва, Россия)

1 mila.tsyrulnikova@gmail.com; 2 arsafin@gmail.com

Постановка проблемы. В настоящее время аппаратная реализация нейроморфных вычислительных комплексов является актуальной задачей. Однако существующие способы построения нейроморфных сетей только частично удовлетворяют требованиям к современным электронным технологиям, таким как интеграция с существующими технологиями, малое энергопотребление, работа при комнатных температурах, наноразмеры, высокая скорость работы и масштабируемость. При этом достижение устойчивой синхронизации осцилляторов представляет собой ключевую задачу при создании крупных нейроморфных сетей. Синхронизация спинтронных осцилляторов (СО) осуществляется за счет магнетодипольной связи, спин-волновой связи, связи переменным электрическим током и связи чистым спиновым током или их комбинации.

Цель. Провести исследование двух механизмов синхронизации СО: связь СО переменным электрическим током и связь СО чистым спиновым током.

Результаты. Получены выражения для расчета коэффициентов связи и рассчитаны полосы синхронизации для этих механизмов связи СО.

Практическая значимость. Представленные результаты могут быть использованы для разработки более эффективных нейроморфных вычислительных комплексов на базе СО, отвечающих таким требованиям к современной электронике, как низкое энергопотребление, высокая скорость работы и возможность масштабирования.

Работа выполнена при финансовой поддержке государственного задания РФ в ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН.

Цырульникова Л.А., Сафин А.Р. Взаимная синхронизация спинтронных осцилляторов спин-поляризованным током // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 1. С. 144−151. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202501-13

1. Soman S., Jayadeva, Suri M. Big Data Analytics // Big Data Analytics. 2016. Т. 1. Р. 15. DOI: 10.1186/s41044-016-0013-1.
2. McMahon P. L., Marandi A., Haribara Y., Hamerly R., Langrock C., Tamate S., Inagaki T., Takesue H., Utsunomiya S., Aihara K., Byer R. L., Fejer M. M., Mabuchi H., Yamamoto Y. A fully programmable 100-spin coherent Ising machine with all-to-all connections // Science. 2016. Nov 4. V. 354, № 6312. P. 614–617. DOI: 10.1126/science.aah5178. Epub 2016 Oct 20. PMID: 27811274.
3. Kumar S., Strachan J.P., Williams R.S. Chaotic dynamics in nanoscale NbO2 Mott memristors for analogue computing // Nature. 2017. V. 548. № 7667. DOI: 10.1038/nature23307.
4. Shim S.B., Imboden M., Mohanty P. Synchronized oscillation in coupled nanomechanical oscillators // Science. 2007. V. 316. P. 95–99. DOI: 10.1126/science.1137307.
5. Galin M.A., Borodianskyi E.A., Kurin V.V., Shereshevskiy I.A., Vdovicheva N.K., Krasnov V.M., Klushin A.M. Synchronization of large josephson-junction arrays by traveling electromagnetic waves // Physical Review Applied. 2018. V. 9. № 5.
   DOI: 10.1103/physrevapplied.9.054032.
6. Yogendra K., Fan D., Jung B., Roy K. Magnetic pattern recognition using injection-locked spin-torque nano-oscillators // IEEE Transactions on Electron Devices. 2016. V. 63. P. 1674–1680.
7. Ranjbar M., Dürrenfeld P., Haidar M., Iacocca E., Balinskiy M., Le T.Q., Fazlali M., Houshang A., Awad A.A., Dumas R.K., Åkerman J. CoFeB-based spin hall nano-oscillators // IEEE Magnetics Letters. 2014. V. 5.
8. Zahedinejad M., Awad A. A., Muralidhar S., Khymyn R., Fulara H., Mazraati H., Dvornik M., Åkerman J. Two-dimensional mutually synchronized spin hall nano-oscillator arrays for neuromorphic computing // Nature Nanotechnology. 2020. V. 15. № 1. Р. 47–52. DOI: 10.1038/s41565-019-0593-9.
9. Belanovsky A.D., Locatelli N., Skirdkov P.N., Abreu Araujo F., Grollier J., Zvezdin K.A., Cros V., Zvezdin A.K. Phase locking
   dynamics of dipolarly coupled vortex-based spin transfer oscillators // Physical Review B. 2012. V. 85. № 10. Р. 100409.
   DOI: 10.1103/PhysRevB.85.100409.
10. Kaka S., Pufall M.R., Rippard W.H., Silva T.J., Russek S.E., Katine J.A. Mutual phase-locking of microwave spin torque nano-oscillators // Nature. 2005. V. 437. № 7057. Р. 389–392. DOI: 10.1038/nature04035.
11. Taniguchi T. Synchronization of Spin Torque Oscillators through Spin Hall Magnetoresistance // IEEE Transactions on Magnetics. 2017. V. 53. № 11. Р. 1–7. Art. num. 3400907. DOI: 10.1109/TMAG.2017.2704588.
12. Taniguchi T. Phase dynamics of oscillating magnetizations coupled via spin pumping // Physical Review B. 2018. V. 97. P. 184408. DOI: 10.1103/PhysRevB.97.184408.
13. Slavin A., Tiberkevich V. Excitation of spin waves by spin-polarized current in magnetic nano-structures // IEEE Transactions on Magnetics. 2008. V. 44. P. 1916–1927. DOI: 10.1109/TMAG.2008.924537.
14. Slavin A., Tiberkevich V. Nonlinear Auto-Oscillator Theory of Microwave Generation by Spin-Polarized Current // IEEE Tran-sactions on Magnetics. 2009. V. 45. № 4. P. 1875–1918. DOI:10.1109/TMAG.2008.2009935.