Synchrony breakdown and noise-induced oscillation death in ensembles of serially connected spin-torque oscillators

Abstract

We consider collective dynamics in the ensemble of serially connected spin-torque oscillators governed by the Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski magnetization equation. Proximity to homoclinicity hampers synchronization of spin-torque oscillators: when the synchronous ensemble experiences the homoclinic bifurcation, the Floquet multiplier, responsible for the temporal evolution of small deviations from the ensemble mean, diverges. Depending on the configuration of the contour, sufficiently strong common noise, exemplified by stochastic oscillations of the current through the circuit, may suppress precession of the magnetic field for all oscillators. We derive the explicit expression for the threshold amplitude of noise, enabling this suppression.

Управление Бистабильностью В Системе Двух Одноосных Спин-Трансферных Осцилляторов С Полевой Связью И RLC-нагрузкой

“…Описан эффект мультистабильности, когда полностью синхронные колебания сосуществуют с несинхронными режимами: квазипериодическими или хаотическими. Кластеризация и химерные состояния в массиве осцилляторов с общим током рассматривается в работах [11,12].…”

“…(13) Отметим, что аналогичным образом безразмерные уравнения контура с включенными в него спин-трансферными осцилляторами записываются в работе [12].…”

“…Чтобы оценить, как на динамику влияет подключение RLC-цепочек, рассмотрим сначала один из контуров (12), считая m z постоянным параметром. Такое рассмотрение имеет смысл в силу того, что m z всегда меняется достаточно медленно.…”

“…Отметим, что это упрощение физически релевантно и достаточно часто используется, см. например уже упоминавшуюся работу [1], а также целый ряд других: [8][9][10][11][12]. В этом случае эффективное поле может быть записано следующим образом: В общем случае система, описываемая уравнением (1), имеет несколько выделенных направлений: ось тока j, ось намагниченности закрепленного слоя p, ось внешнего поля h ext , оси, связанные с анизотропией и размагничиванием, учитываемые через тензор D. Интересный и физически реализуемый частный случай имеет место, когда все эти выделенные направления сориентированы так, что система симметрична относительно оси z [1].…”

“…При рассмотрении взаимодействия спин-трансферных осцилляторов связь между ними вводится обычно двумя способами: либо через общий ток, либо через магнитные поля. В первом случае осцилляторы включают последовательно или параллельно друг другу и их взаимодействие происходит благодаря тому, что сопротивление каждого осциллятора зависит от косинуса угла между намагниченностями верхнего и нижнего слоев cos θ = (m • p) (эффект гигантского магнитного сопротивления) [8,9,11,12].…”