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Nonequilibrium effects in spin-torque oscillators

Gunnink, Pieter M. ; Ludwig, Tim 1,2; Shnirman, Alexander 3,4; Duine, Rembert A.
1 Fakultät für Geistes- und Sozialwissenschaften – Institut für Philosophie (PHIL), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Technikzukünfte (ITZ), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Theorie der Kondensierten Materie (TKM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract (englisch):

One of the cornerstones of spintronics is the application of a spin-transfer torque to a nanomagnet, driving the magnetization of the nanomagnet into a steady-state precession and realizing a spin-torque oscillator. Such a steady state, sustained by a balance between driving and dissipation, could be a textbook example of a nonequilibrium situation. Nevertheless, most theoretical descriptions of spin-torque oscillators simply assume local equilibrium. Here, based on a simple model, we investigate the relevance of nonequilibrium effects in spin-torque oscillators. We use a nonequilibrium Keldysh description, which allows us to treat the effects of spin relaxation, and find that, in the absence of spin relaxation, persistent precessions of the magnetization are not allowed, when magnetic anisotropies are absent. However, introducing spin relaxation enables persistent precessions, where the strength of spin relaxation has both quantitative and qualitative effects on the magnetization dynamics. In the presence of magnetic anisotropy, we find that persistent precessions are allowed even when spin relaxation is absent, but spin relaxation causes a nonlinear relation between the oscillator power and the applied voltage bias. ... mehr


Zugehörige Institution(en) am KIT Fakultät für Geistes- und Sozialwissenschaften – Institut für Philosophie (PHIL)
Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT)
Institut für Technikzukünfte (ITZ)
Institut für Theorie der Kondensierten Materie (TKM)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 06.2025
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2469-9950, 2469-9969
KITopen-ID: 1000189021
Erschienen in Physical Review B
Verlag American Physical Society (APS)
Band 111
Heft 21
Seiten 214425
Vorab online veröffentlicht am 16.06.2025
Nachgewiesen in OpenAlex
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Dimensions
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