Using microwave current injection at room temperature, we demonstrate parametric excitation of a magnetic tunnel junction (MTJ)-based spin-torque oscillator (STO). Parametric excitation is observed for currents below the auto-oscillation threshold, when the microwave current frequency fe is twice the STO free-running frequency f0. Above threshold, the MTJ becomes parametrically synchronized. In the synchronized state, the STO exhibits an integrated power up to 5 times higher and a linewidth reduction of two orders of magnitude, compared to free-running conditions. We also show that the parametric synchronization favors single mode oscillations in the case of multimode excitation.

1.
J. C.
Slonczewski
,
J. Magn. Magn. Mater.
159
,
L1
(
1996
).
2.
L.
Berger
,
Phys. Rev. B
54
,
9353
(
1996
).
3.
M.
Tsoi
,
A. G. M.
Jansen
,
J.
Bass
,
W.-C.
Chiang
,
V.
Tsoi
, and
P.
Wyder
,
Nature
406
,
46
(
2000
).
4.
S. I.
Kiselev
,
J. C.
Sankey
,
I. N.
Krivorotov
,
N. C.
Emley
,
R. J.
Schoelkopf
,
R. A.
Buhrman
, and
D. C.
Ralph
,
Nature
425
,
380
(
2003
).
5.
W. H.
Rippard
,
M. R.
Pufall
,
S.
Kaka
,
T. J.
Silva
, and
S. E.
Russek
,
Phys. Rev. B
70
,
100406
(
2004
).
6.
S.
Bonetti
,
P.
Muduli
,
F.
Mancoff
, and
J.
Åkerman
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
102507
(
2009
).
7.
P. K.
Muduli
,
O. G.
Heinonen
, and
J.
Åkerman
,
J. Appl. Phys.
110
,
076102
(
2011
).
8.
S.
Bonetti
,
V.
Tiberkevich
,
G.
Consolo
,
G.
Finocchio
,
P.
Muduli
,
F.
Mancoff
,
A.
Slavin
, and
J.
Åkerman
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
217204
(
2010
).
9.
V. E.
Demidov
,
S.
Urazhdin
, and
S. O.
Demokritov
,
Nature Mater.
9
,
984
(
2010
).
10.
M.
Madami
,
S.
Bonetti
,
G.
Consolo
,
S.
Tacchi
,
G.
Carlotti
,
G.
Gubbiotti
,
F. B.
Mancoff
,
M. A.
Yar
, and
J.
Åkerman
,
Nat. Nanotechnol.
6
,
635
(
2011
).
11.
R. K.
Dumas
,
E.
Iacocca
,
S.
Bonetti
,
S. R.
Sani
,
S. M.
Mohseni
,
A.
Eklund
,
J.
Persson
,
O.
Heinonen
, and
J.
Åkerman
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
257202
(
2013
).
12.
M. R.
Pufall
,
W. H.
Rippard
,
S.
Kaka
,
T. J.
Silva
, and
S. E.
Russek
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
082506
(
2005
).
13.
M.
Manfrini
,
T.
Devolder
,
J.-V.
Kim
,
P.
Crozat
,
N.
Zerounian
,
C.
Chappert
,
W.
van Roy
,
L.
Lagae
,
G.
Hrkac
, and
T.
Schrefl
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
192507
(
2009
).
14.
P. K.
Muduli
,
Y.
Pogoryelov
,
Y.
Zhou
,
F.
Mancoff
, and
J.
Åkerman
,
Integr. Ferroelectr.
125
,
147
(
2011
).
15.
P.
Villard
,
U.
Ebels
,
D.
Houssameddine
,
J.
Katine
,
D.
Mauri
,
B.
Delaet
,
P.
Vincent
,
M.-C.
Cyrille
,
B.
Viala
,
J.-P.
Michel
,
J.
Prouvee
, and
F.
Badets
,
IEEE J. Solid-State Circuits
45
,
214
(
2010
).
16.
B.
Engel
,
J.
Åkerman
,
B.
Butcher
,
R.
Dave
, et al,
IEEE Trans. Magn.
41
,
132
(
2005
).
17.
J.
Åkerman
,
Science
308
,
508
(
2005
).
18.
F. B.
Mancoff
,
N. D.
Rizzo
,
B. N.
Engel
, and
S.
Tehrani
,
Nature
437
,
393
(
2005
).
19.
S.
Kaka
,
M. R.
Pufall
,
W. H.
Rippard
,
T. J.
Silva
,
S. E.
Russek
, and
J. A.
Katine
,
Nature
437
,
389
(
2005
).
20.
A. N.
Slavin
and
V. S.
Tiberkevich
,
Phys. Rev. B
74
,
104401
(
2006
).
21.
J.
Persson
,
Y.
Zhou
, and
J.
Åkerman
,
J. Appl. Phys.
101
,
09A503
(
2007
).
22.
B.
Georges
,
J.
Grollier
,
V.
Cros
, and
A.
Fert
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
232504
(
2008
).
23.
X.
Chen
and
R. H.
Victora
,
Phys. Rev. B
79
,
180402
(
2009
).
24.
A.
Ruotolo
,
V.
Cros
,
B.
Georges
,
A.
Dussaux
,
J.
Grollier
,
C.
Deranlot
,
R.
Guillemet
,
K.
Bouzehouane
,
S.
Fusil
, and
A.
Fert
,
Nat. Nanotechnol.
4
,
528
(
2009
).
25.
E.
Iacocca
and
J.
Åkerman
,
J. Appl. Phys.
110
,
103910
(
2011
).
26.
Y.
Pogoryelov
,
P. K.
Muduli
,
S.
Bonetti
,
E.
Iacocca
,
F.
Mancoff
, and
J.
Åkerman
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
192501
(
2011
).
27.
S.
Sani
,
J.
Persson
,
S.
Mohseni
,
Y.
Pogoryelov
,
P.
Muduli
,
A.
Eklund
,
G.
Malm
,
M.
Käll
,
A.
Dmitriev
, and
J.
Åkerman
,
Nat. Commun.
4
,
2731
(
2013
).
28.
W. H.
Rippard
,
M. R.
Pufall
,
S.
Kaka
,
T. J.
Silva
,
S. E.
Russek
, and
J. A.
Katine
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
067203
(
2005
).
29.
Y.
Zhou
,
J.
Persson
, and
J.
Åkerman
,
J. Appl. Phys.
101
,
09A510
(
2007
).
30.
B.
Georges
,
J.
Grollier
,
M.
Darques
,
V.
Cros
,
C.
Deranlot
,
B.
Marcilhac
,
G.
Faini
, and
A.
Fert
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
017201
(
2008
).
31.
Y.
Zhou
,
J.
Persson
,
S.
Bonetti
, and
J.
Åkerman
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
092505
(
2008
).
32.
S.
Urazhdin
,
P.
Tabor
,
V.
Tiberkevich
, and
A.
Slavin
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
104101
(
2010
).
33.
S. Y.
Martin
,
N.
de Mestier
,
C.
Thirion
,
C.
Hoarau
,
Y.
Conraux
,
C.
Baraduc
, and
B.
Diény
,
Phys. Rev. B
84
,
144434
(
2011
).
34.
A.
Dussaux
,
A. V.
Khvalkovskiy
,
J.
Grollier
,
V.
Cros
,
A.
Fukushima
,
M.
Konoto
,
H.
Kubota
,
K.
Yakushiji
,
S.
Yuasa
,
K.
Ando
, and
A.
Fert
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
132506
(
2011
).
35.
A.
Hamadeh
,
N.
Locatelli
,
V. V.
Naletov
,
R.
Lebrun
,
G.
De Loubens
,
J.
Grollier
,
O.
Klein
, and
V.
Cros
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
022408
(
2014
).
36.
S.
Urazhdin
,
V.
Tiberkevich
, and
A.
Slavin
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
237204
(
2010
).
37.
P.
Bortolotti
,
E.
Grimaldi
,
A.
Dussaux
,
J.
Grollier
,
V.
Cros
,
C.
Serpico
,
K.
Yakushiji
,
A.
Fukushima
,
H.
Kubota
,
R.
Matsumoto
, and
S.
Yuasa
,
Phys. Rev. B
88
,
174417
(
2013
).
38.
P. K.
Muduli
,
O. G.
Heinonen
, and
J.
Åkerman
,
Phys. Rev. B
83
,
184410
(
2011
).
39.
P. K.
Muduli
,
O. G.
Heinonen
, and
J.
Åkerman
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
207203
(
2012
).
40.
M.
Quinsat
,
J. F.
Sierra
,
I.
Firastrau
,
V.
Tiberkevich
,
A.
Slavin
,
D.
Gusakova
,
L. D.
Buda Prejbeanu
,
M.
Zarudniev
,
J.-P.
Michel
,
U.
Ebels
,
B.
Dieny
,
M.-C.
Cyrille
,
J. A.
Katine
,
D.
Mauri
, and
A.
Zeltser
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
182503
(
2011
).
41.
M.
Quinsat
,
D.
Gusakova
,
J. F.
Sierra
,
J. P.
Michel
,
D.
Houssameddine
,
B.
Delaet
,
M.-C.
Cyrille
,
U.
Ebels
,
B.
Dieny
,
L. D.
Buda-Prejbeanu
,
J. A.
Katine
,
D.
Mauri
,
A.
Zeltser
,
M.
Prigent
,
J.-C.
Nallatamby
, and
R.
Sommet
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
182507
(
2010
).
42.
O.
Heinonen
,
P.
Muduli
,
E.
Iacocca
, and
J.
Åkerman
,
IEEE Trans. Magn.
49
,
4398
(
2013
).
You do not currently have access to this content.