We demonstrate enhanced radio frequency (RF) detection sensitivity in a magnetic tunnel junction based spin torque oscillator (STO) using parametric synchronization. The parametric synchronization is observed above the auto-oscillation threshold of the STO and enhances the RF sensitivity at 2f0, where f0 is the auto-oscillation frequency. The maximum RF sensitivity for parametric synchronization at 2f09GHz is 16 mV/mW, while the maximum RF sensitivity at f04.5GHz without parametric synchronization is 12 mV/mW. Macrospin simulations corroborate the experimental results.

1.
J. C.
Slonczewski
,
J. Magn. Magn. Mater.
159
,
L1
(
1996
).
2.
L.
Berger
,
Phys. Rev. B
54
,
9353
(
1996
).
3.
D. C.
Ralph
and
M. D.
Stiles
,
J. Magn. Magn. Mater.
320
,
1190
(
2008
).
4.
A. A.
Tulapurkar
,
Y.
Suzuki
,
A.
Fukushima
,
H.
Kubota
,
H.
Maehara
,
K.
Tsunekawa
,
D. D.
Djayaprawira
,
N.
Watanabe
, and
S.
Yuasa
,
Nature
438
,
339
(
2005
).
5.
J. C.
Sankey
,
Y.-T.
Cui
,
J. Z.
Sun
,
J. C.
Slonczewski
,
R. A.
Buhrman
, and
D. C.
Ralph
,
Nat. Phys.
4
,
67
(
2008
).
6.
H.
Kubota
,
A.
Fukushima
,
K.
Yakushiji
,
T.
Nagahama
,
S.
Yuasa
,
A.
Ando
,
H.
Maehara
,
Y.
Nagamine
,
K.
Tsunekawa
,
D. D.
Djayaprawira
,
N.
Watanabe
, and
Y.
Suzuki
,
Nat. Phys.
4
,
37
(
2008
).
7.
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
).
8.
A. M.
Deac
,
A.
Fukushima
,
H.
Kubota
,
H.
Maehara
,
Y.
Suzuki
,
S.
Yuasa
,
Y.
Nagamine
,
K.
Tsunekawa
,
D. D.
Djayaprawira
, and
N.
Watanabe
,
Nat. Phys.
4
,
803
(
2008
).
9.
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
).
10.
S.
Bonetti
,
V.
Tiberkevich
,
G.
Consolo
,
G.
Finocchio
,
P.
Muduli
,
F.
Mancoff
,
A.
Slavin
, and
J.
Åkerman
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
217204
(
2010
).
11.
S.
Bonetti
,
P.
Muduli
,
F.
Mancoff
, and
J.
Åkerman
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
102507
(
2009
).
12.
W. H.
Rippard
,
M. R.
Pufall
,
S.
Kaka
,
T. J.
Silva
, and
S. E.
Russek
,
Phys. Rev. B
70
,
100406
(
2004
).
13.
P. K.
Muduli
,
O. G.
Heinonen
, and
J.
Åkerman
,
J. Appl. Phys.
110
,
076102
(
2011
).
14.
M. R.
Pufall
,
W. H.
Rippard
,
S.
Kaka
,
T. J.
Silva
, and
S. E.
Russek
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
082506
(
2005
).
15.
P. K.
Muduli
,
Y.
Pogoryelov
,
S.
Bonetti
,
G.
Consolo
,
F.
Mancoff
, and
J.
Åkerman
,
Phys. Rev. B
81
,
140408
(
2010
).
16.
Y.
Pogoryelov
,
P. K.
Muduli
,
S.
Bonetti
,
F.
Mancoff
, and
J.
Åkerman
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
192506
(
2011
).
17.
Y.
Pogoryelov
,
P. K.
Muduli
,
S.
Bonetti
,
E.
Iacocca
,
F.
Mancoff
, and
J.
Åkerman
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
192501
(
2011
).
18.
P. K.
Muduli
,
Y.
Pogoryelov
,
F.
Mancoff
, and
J.
Åkerman
,
IEEE Trans. Magn.
47
,
1575
(
2011
).
19.
J.
Zhu
,
J. A.
Katine
,
G. E.
Rowlands
,
Y. J.
Chen
,
Z.
Duan
,
J. G.
Alzate
,
P.
Upadhyaya
,
J.
Langer
,
P. K.
Amiri
,
K. L.
Wang
, and
I. N.
Krivorotov
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
197203
(
2012
).
20.
S.
Miwa
,
S.
Ishibashi
,
H.
Tomita
,
T.
Nozaki
,
E.
Tamura
,
K.
Ando
,
N.
Mizuochi
,
T.
Saruya
,
H.
Kubota
,
K.
Yakushiji
,
T.
Taniguchi
,
H.
Imamura
,
A.
Fukushima
,
S.
Yuasa
, and
Y.
Suzuki
,
Nat. Mater.
13
,
50
(
2014
).
21.
B.
Fang
,
M.
Carpentieri
,
X.
Hao
,
H.
Jiang
,
J. A.
Katine
,
I. N.
Krivorotov
,
B.
Ocker
,
J.
Langer
,
K. L.
Wang
,
B.
Zhang
,
B.
Azzerboni
,
P. K.
Amiri
,
G.
Finocchio
,
G. N.
Bochkov
, and
Z.
Zeng
, e-print arXiv:1410.4958 [cond-mat.stat-mech].
22.
S.
Urazhdin
,
V.
Tiberkevich
, and
A.
Slavin
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
237204
(
2010
).
23.
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
).
24.
P.
Dürrenfeld
,
E.
Iacocca
,
J.
Åkerman
, and
P. K.
Muduli
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
052410
(
2014
).
25.
P. K.
Muduli
,
O. G.
Heinonen
, and
J.
Åkerman
,
Phys. Rev. B
83
,
184410
(
2011
).
26.
P. K.
Muduli
,
O. G.
Heinonen
, and
J.
Åkerman
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
207203
(
2012
).
27.
A. M.
Gonçalves
,
I.
Barsukov
,
Y.-J.
Chen
,
L.
Yang
,
J. A.
Katine
, and
I. N.
Krivorotov
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
172406
(
2013
).
28.
P. K.
Muduli
,
O. G.
Heinonen
, and
J.
Åkerman
,
Phys. Rev. B
86
,
174408
(
2012
).
29.
O.
Prokopenko
,
E.
Bankowski
,
T.
Meitzler
,
V.
Tiberkevich
, and
A.
Slavin
,
IEEE Trans. Magn.
48
,
3807
(
2012
).
30.
P.
Dürrenfeld
,
E.
Iacocca
,
J.
Åkerman
, and
P. K.
Muduli
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
252404
(
2014
).
31.
S.
Ishibashi
,
A.
Ando
,
T.
Seki
,
T.
Nozaki
,
H.
Kubota
,
S.
Yakata
,
H.
Maehara
,
A.
Fukushima
,
S.
Yuasa
, and
Y.
Suzuki
,
IEEE Trans. Magn.
47
,
3373
(
2011
).
32.
V. S.
Tiberkevich
,
R. S.
Khymyn
,
H. X.
Tang
, and
A. N.
Slavin
,
Sci. Rep.
4
,
3873
(
2014
).
33.
C.
Wang
,
Y.-T.
Cui
,
J. Z.
Sun
,
J. A.
Katine
,
R. A.
Buhrman
, and
D. C.
Ralph
,
J. Appl. Phys.
106
,
053905
(
2009
).
You do not currently have access to this content.