利用电子自旋自由度的自旋电子器件科学是现代科学技术发展的核心领域之一，它已经对磁传感器和磁随机存取存储器（MRAM）产生了巨大的技术影响。自旋扭矩振荡器（STO）是一类新兴的自旋电子学器件，它提供了广泛的高频应用，如自旋二极管整流器、无线传输和接收、数字和模拟调制器、频谱分析仪和神经形态计算。
通常，一个高频均匀磁化STO的输出功率（~nW）较低，线宽（~MHz）较大，这使得它们在实际应用中不可行。同步多个振荡器是克服这些缺点的一种方法，因为它提高了输出功率，减小了线宽。由于STO具有高非线性行为和宽带频率可调性，因此可以利用它们的互耦实现同步。
通过自旋波或偶极耦合介导的STO的相互耦合相当局限于微米尺度，通常通过将单个STO紧密放置在一起来实现。这一要求对设计高效的片上存储系统施加了限制，也导致了可靠性问题。消除这种空间设计限制的一种方法是使用自发射射频电流以电的方式同步STO。电连接的振荡器可以通过电感/电容效应耦合，或者通过使用并联和串联配置的简单电气拓扑共享接地和源路径耦合。尽管在理论上进行了探索，但在实验中还没有证明电拓扑对STO阵列性能的影响，这是电连接网络的一个重要方面。
新加坡国立大学与日本东北大学研究人员开发出一种技术，可收集Wi-Fi信号为小型电子设备供电。研究人员将8个STO设备串联形成一个阵列。该阵列能吸收2.4 GHz无线电波类型的Wi-Fi信号，并将其转换为直流电压信号，这对无线和计算应用都是至关重要的。与以往的多个直流源激励STO的工作不同，研究人员使用单个直流源同步悬臂自由层STOs，从而简化同步方案。研究人员通过对振荡器和整流应用中STO阵列的性能评估，使用并联和串联连接，强调了电气拓扑（electrical topology）的重要性。由于互同步，STOs的自由运行线宽显著减小到几兆赫的范围。通过射频锁定，实现了四个同步振荡器对相位噪声的抑制，显示了它们在具有良好时域稳定性的大阵列中的锁相能力。同步STO，用于2.4 GHz无线波段微波检测是能量采集的重要特征，其整流输出电压大达104 mV，最大灵敏度20200 mV mW−1、交直流转换效率高达10%。该性能矩阵在亚微瓦功率范围内优于肖特基二极管，这对于无线和物联网应用中的纳米传感器有着重要的应用价值。
该阵列能够吸收由 Wi-Fi 信号产生的 2.4GHz 无线电波，并将之转换为直流电压信号。在传递到电容器上之后，就可用于电量 1.6V 的 LED 。给电容器充电 5 秒钟后，即便切断了外部电源，LED 也可保持点亮一分钟。
研究人员表示：“我们生活在一个被 Wi-Fi 信号所包围的世界，但当我们不使用它们来访问互联网时，它们就处于非活跃的浪费能量的状态”。新研究成果是顺应转变迈出的第一步，届时随手可用的 2.4GHz 无线电波将成为绿色能量来源，以减少我们经常使用的电子设备的电池需求。
通过这种方式，一部分物联网设备可使用无线电信号来供电。随着智能家居和智能城市应用的普及，这项研究工作或在通信、计算和神经形态等系统中得到高效的应用。
多年来，科学家们一直在努力寻找高效收集环境中的无线电波，以便为小型设备供电的新方法。不过迄今为止，这些信号的来源，始终没能向无线网络（Wi-Fi）那样普及。收集环境中的无线电能量，然后转化输出有意义的功率，一直是一项艰巨的挑战。STO作为一类相对新颖的微型设备，其具有产生微波的能力，但此前的输出功率一直相当低。基于此，研究团队想出了将多个 STO 集成在一个芯片上、以增加输出功率的新方案。为了实现这一目标，研究团队一直在努力设计并测试最佳布局，以解决间距和低频响应等方面的问题。最终交付演示的方案，就包含了八个串联起来的STO。
目前研究团队正在努力增加阵列中的 STO 数量以提升能量的收集能力，并且探讨了如何将其用于为其它电子设备和传感器供电。
图2直流偏置同步的自旋力矩振荡器
该研究成果发表在《Nature Communications》, 2021，12, Article number: 2924, 题目：“Electrically connected spin-torque oscillators array for 2.4 GHz WiFi band transmission and energy harvesting”。
