Przedstawiona rozprawa doktorska opisuje wkład autora do teorii opisującej dynamikę magnetyzacji w oscylatorach spintronicznych. Rozprawa zawiera łącznie pięć artykułów, które zostały uprzednio opublikowane w czasopismach indeksowanych w bazie JCR. Wykazano, że oscylator oparty na zjawisku spin-transfer torque może służyć jako czujnik pola magnetycznego i tym samym stanowić część składową głowicy odczytowej dysku twardego. Zaproponowano metodę jednoczesnego odczytu dwóch niezależnych pól magnetycznych przy zachowaniu wysokiego stosunku sygnału do szumu, możliwą dzięki wykorzystaniu głowicy opartej o oscylator typu spin-transfer torque. Przetestowano możliwości realizacji obliczeń neuromorficznych przy użyciu sieci połączonych ze sobą oscylatorów opartych na spinowym efekcie Halla, demonstrując przykładową implementację tzw. pamięci stowarzyszonej oraz algorytmu detekcji krawędzi. Przeanalizowano zachowanie oscylatorów antyferromagnetycznych w kontekście ich interakcji z zewnętrznym polem magnetycznym, zarówno na poziomie ogólnego rozwiązania równania dynamiki, jak i wybranych typowych przypadków szczególnych. Narzędzie typu open-source, ułatwiające przygotowywanie plików konfiguracyjnych symulacji mikromagnetycznych oraz późniejszej analizy danych, zostało opracowane w ramach przygotowania do przeprowadzenia opisanych w pracy badań. Dodatkowo, przedstawiono fenomenologiczną metodę szacowania poziomów szumu termicznego w magnetycznych złączach tunelowych, która wykorzystuje jedynie kilka łatwo mierzalnych wielkości pomiarowych.
Modeling of magnetization dynamics in spintronic oscillators
The presented thesis describes a contribution into the theory of magnetization dynamics in spintronic oscillators. Together, five articles, which were previously published in scientific journals from the JCR list, are incorporated into the manuscript. It was shown that a spin-torque oscillator can be utilized as a magnetic field reader and therefore as a part of a hard disk read head. A method allowing for simultaneous detection of two separate magnetic fields while retaining a nearly constant signal-to-noise ratio was proposed, by utilizing the concept of a hard disk read head based on a spin-torque oscillator. Opportunities for performing neuromorphic computations using a network of interconnected spin Hall oscillators were explored and an example implementations of associative memory as well as edge detection algorithms were demonstrated. The behavior of antiferromagnetic oscillators in the presence of an external magnetic field was analyzed, including both the general solution of the dynamics equation and a number of specific but highly typical cases. An open-source software, which facilitates the preparation of micromagnetic simulation configuration files and later in the analysis of the data, was developed to assist the conducted research. Additionally, a phenomenological method for assessing thermal noise levels in magnetoresistance tunnel junctions based on only a few easily measurable quantities was proposed and compared with the experimental results.
