Recently, magnetic tunnel junctions (MTJs) with superparamagnetic free layers (sMTJs) have been proposed as key components in probabilistic bits (p-bits). However, the average fluctuation rates of sMTJs are very sensitive to slight variations in the device dimensions, which creates a major obstacle to their realization in large-scale networks. One possible solution is to implement dual-biasing on p-bits to offset the effects of variations through onboard corrections. In our previous work, we demonstrated that dual-biasing has the unique capability of separate control over the high- and low-state dwell times, which adds an extra degree of tunability in the signals generated. However, these studies investigated dual-biasing on thermally stable MTJs; therefore, the maximum switching rates were lower than the gigahertz rates desired for sMTJ-based p-bit circuits. While dual-biasing on sMTJs rather than thermally stable MTJs would improve the switching rates, some of the flexibility and robustness of dual-biasing may be sacrificed due to the sensitivity of sMTJs. In this letter, we applied the dual-biasing method on 10 MTJs with varying thermal stability factors to test if sMTJs can achieve the same degree of separation between high- and low-state dwell-time tunability as thermally stable MTJs. Our results show that two degrees of tunability was achieved on all MTJs tested, thus demonstrating that dual-biased p-bits can achieve switching rates equal to or greater than single-biased sMTJs.

中文翻译：

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固有热稳定性对概率位双偏置磁隧道结的开关速率和可调性的影响

最近，具有超顺磁性自由层 (sMTJ) 的磁性隧道结 (MTJ) 已被提议作为概率位 (p-bit) 的关键组件。然而，sMTJ 的平均波动率对设备尺寸的细微变化非常敏感，这对其在大规模网络中的实现造成了主要障碍。一种可能的解决方案是对 p 位实施双偏置，以通过板载校正抵消变化的影响。在我们之前的工作中，我们证明了双偏置具有单独控制高态和低态驻留时间的独特能力，这为生成的信号增加了额外的可调性。然而，这些研究调查了热稳定 MTJ 的双偏置；所以，最大开关速率低于基于 sMTJ 的 p 位电路所需的千兆赫兹速率。虽然对 sMTJ 进行双偏置而不是热稳定 MTJ 会提高开关速率，但由于 sMTJ 的敏感性，可能会牺牲双偏置的一些灵活性和稳健性。在这封信中，我们在具有不同热稳定性因素的 10 个 MTJ 上应用了双偏置方法，以测试 sMTJ 是否可以实现与热稳定 MTJ 相同程度的高和低状态驻留时间可调性之间的分离度。我们的结果表明，在所有测试的 MTJ 上都实现了两个程度的可调性，从而证明双偏置 p 位可以实现等于或大于单偏置 sMTJ 的开关速率。由于 sMTJ 的敏感性，可能会牺牲双偏置的一些灵活性和稳健性。在这封信中，我们在具有不同热稳定性因素的 10 个 MTJ 上应用了双偏置方法，以测试 sMTJ 是否可以实现与热稳定 MTJ 相同程度的高和低状态驻留时间可调性之间的分离度。我们的结果表明，在所有测试的 MTJ 上都实现了两个程度的可调性，从而证明双偏置 p 位可以实现等于或大于单偏置 sMTJ 的开关速率。由于 sMTJ 的敏感性，可能会牺牲双偏置的一些灵活性和稳健性。在这封信中，我们在具有不同热稳定性因素的 10 个 MTJ 上应用了双偏置方法，以测试 sMTJ 是否可以实现与热稳定 MTJ 相同程度的高和低状态驻留时间可调性之间的分离度。我们的结果表明，在所有测试的 MTJ 上都实现了两个程度的可调性，从而证明双偏置 p 位可以实现等于或大于单偏置 sMTJ 的开关速率。我们在具有不同热稳定性因素的 10 个 MTJ 上应用了双偏置方法，以测试 sMTJ 是否可以实现与热稳定 MTJ 相同程度的高态和低态驻留时间可调性之间的分离度。我们的结果表明，在所有测试的 MTJ 上都实现了两个程度的可调性，从而证明双偏置 p 位可以实现等于或大于单偏置 sMTJ 的开关速率。我们在具有不同热稳定性因素的 10 个 MTJ 上应用了双偏置方法，以测试 sMTJ 是否可以实现与热稳定 MTJ 相同程度的高态和低态驻留时间可调性之间的分离度。我们的结果表明，在所有测试的 MTJ 上都实现了两个程度的可调性，从而证明双偏置 p 位可以实现等于或大于单偏置 sMTJ 的开关速率。