[發明專利]反鐵磁性存儲設備

有效

• 申請號: 201280044787.0
• 申請日: 2012-08-21
• 公開（公告）號: CN103827969B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: D·M·艾格勒;A·J·海因里希;S·洛特;C·P·盧茨
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: G11B5/65
• 分類號: G11B5/65;G11C11/15;H01F10/14;H01F10/28;H01F10/32
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 張亞非,于靜

技術領域

本發明涉及物理數據存儲和計算的領域，且更具體地，本發明涉及在反鐵磁性納米結構中存儲磁性信息的能力。

背景技術

將數字信息記錄在磁性顆粒（magnetic grain）的磁性方向中的能力是信息技術設備中數據存儲的核心。幾十年來，在降低單個磁性元件的有效面積方面已有極顯著的進步。該基本理念已被應用到磁性硬盤介質、磁帶介質，且最近還被應用到固態實現，諸如自旋轉移矩（spin-transfer torque）磁隨機存取存儲器。目前，所有這些設備使用磁性原子間的鐵磁交互，所述磁性原子組成存儲信息比特的有源器件元件。在磁盤和磁帶驅動器中，磁性信息被磁阻傳感器讀取，磁阻傳感器讀取從鐵磁比特發射的磁場。寫入磁性元件是通過從寫磁頭創建強的局部化磁場而完成的。在固態磁性器件中，磁比特（magnetic bit）典型地是磁阻隧道結（magnetoresistive tunneling junction）的一部分，所述磁阻隧道結可用于讀取和寫入信息。

發明內容

根據一個實施例的反鐵磁性納米結構包括至少兩個反鐵磁耦合的磁性原子的陣列，其具有至少兩種磁性狀態，即使沒有與外部結構的交互，所述磁性狀態也可穩定至少一皮秒，所述陣列具有為零或接近零的凈磁矩，其中所述陣列具有沿著其最長維度的100個或更少的原子。

根據一個實施例的原子尺度結構具有為零或接近零的凈磁矩；兩種或更多穩定磁狀態；并具有一原子陣列，其具有在沿著一個或多個方向的相鄰磁原子之間交替的磁矩。

根據一個實施例的反鐵磁納米結構包括多個陣列，每個陣列對應于一個比特，每個陣列具有至少8個反鐵磁耦合的磁性原子，每個陣列具有至少兩個可讀的磁性狀態，其會穩定至少一皮秒，每個陣列具有為零或接近零的凈磁矩，其中沒有外部穩定結構對陣列施加影響以穩定陣列，其中每個陣列具有沿著其最長維度的100個或更少的原子。

在又一個實施例中，一種系統，諸如磁性數據存儲系統或存儲器件，可包括如上所述的反鐵磁性納米結構和/或原子尺度的結構；以及至少一個用于轉換和/或讀取每個陣列的磁性狀態的設備。

本發明的其他方面和實施例將從以下具體描述變得明顯，所述描述結合附圖作為示例說明了本發明的原理。

附圖說明

圖1A-1C是根據一個實施例的反鐵磁耦合的磁性原子的陣列的圖形描述。

圖2是根據一個實施例的8個Fe原子的鏈的掃描隧道顯微鏡（STM）形貌圖（topographic image）的圖形表示。

圖3是根據一個實施例通過使用STM的尖端進行磁性納米結構的讀取和寫入操作的實現的圖形描述。

圖4A-4B是根據一個實施例的反鐵磁耦合的磁性原子陣列的圖形描述。

圖5A是根據一個實施例的處于第一狀態的反鐵磁耦合的磁性原子陣列的圖形描述。

圖5B是根據一個實施例改變圖5A的陣列狀態的圖形描述。

圖5C是根據一個實施例處于第二狀態的圖5A的陣列的圖形描述。

圖6是根據一個實施例的共同基板上的反鐵磁耦合的磁性原子的多個陣列的圖形描述。

圖7是根據一個實施例的共同基板上的反鐵磁耦合的磁性原子的多個陣列的圖形描述。

圖8是根據一個實施例的共同基板上的反鐵磁耦合的磁性原子的多個陣列的圖形描述。

圖9A-9B是根據一個實施例的在三個維度延伸的反鐵磁耦合的磁性原子的陣列的圖形描述。

圖10是根據一個實施例通過使用STM的尖端進行磁性納米結構的讀取和寫入操作的實現的圖形描述。

圖11A是根據一個實施例STM尖端放置在反鐵磁耦合的原子陣列的末端原子上時作為時間函數的隧道電流的圖。

圖11B是根據一個實施例STM尖端放置在反鐵磁耦合的原子陣列的末端原子上時作為時間函數的隧道電流的圖。

圖11C是示出根據一個實施例的在各種隧道電流電平上的切換率的圖。

圖11D是示出根據一個實施例的在各種電壓電平上的切換率的圖。

圖12A是根據一個實施例的Fe原子的(2x6)和(2x4)陣列的圖形描述。

圖12B是根據一個實施例的(2xn)和(1xn)陣列中的FE和Cu₂N基板原子的原子位置的示意圖。

圖12C是用于圖12A的陣列和圖10的(1x8)陣列的停留時間（residence time）的阿侖尼烏斯（Arrhenius）曲線圖。