[發明專利]一種基于磁性斯格明子的片上信息傳輸器件

有效

• 申請號: 201410340521.1
• 申請日: 2014-07-17
• 公開（公告）號: CN104157297B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 黃陽棋;趙巍勝
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G11B5/58
• 分類號: G11B5/58;G11B5/21
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

1.一種基于磁性斯格明子的片上信息傳輸器件，其特征在于：它是由磁性斯格明子信號生成器，用于磁性斯格明子信號傳輸的磁納米軌道以及用于檢測磁性斯格明子的信號讀取裝置組成；磁性斯格明子信號生成器位于磁納米軌道發送端，磁性斯格明子信號讀取裝置位于磁納米軌道接受端，磁納米軌道起到連接整個器件的作用；系統工作時由磁性斯格明子信號生成器將需要傳輸的信號轉換為磁性納米帶上的斯格明子，經磁納米軌道傳輸后，位于末端的磁性斯格明子信號讀取裝置讀取信號將信息還原為所需的電信號；

所述磁性斯格明子信號生成器，其結構從上到下分別為數據線、強自旋極化層、鐵磁層和強自旋軌道耦合層，彼此之間相互接觸連接；該數據線是金屬導電材料，為長條形金屬薄膜結構，用于將需要發送的電信號傳輸至磁性斯格明子信號生成器；該強自旋極化層是指具有強自旋極化能帶結構的材料，用于將普通電流轉化為具有自旋極化的自旋極化電流，形狀呈圓柱形或方形；該鐵磁層和強自旋軌道耦合層為磁納米軌道部分；鐵磁層用于形成磁性斯格明子，并能夠使生成的磁性斯格明子在自旋極化電流作用下沿垂直方向運動；該強自旋軌道耦合層用于產生生成磁性斯格明子所需的DMI效應；

所述磁性斯格明子信號讀取裝置結構從上到下分別為數據線、參考層、金屬氧化物層、鐵磁層、強自旋軌道耦合層和電流脈沖線，彼此之間相互接觸連接；該數據線是金屬導電材料，用于傳輸讀取后的電信號，為長條形金屬薄膜結構；該參考層是自旋極化方向固定的CoFeB，呈圓柱形或方形的薄膜結構，電流在通過鐵磁層與參考層之后會因為鐵磁層磁化結構的不同產生不同的電壓高低，從而讀取鐵磁層磁化結構中包含的信息；該金屬氧化物層是MgO，Al₂O₃金屬氧化物，用于產生隧穿效應，形狀與參考層保持一致；該鐵磁層和強自旋軌道耦合層為納米軌道部分；鐵磁層用于接收從磁納米軌道傳到的磁化結構信息，強自旋軌道耦合層則用于產生生成與保持磁性斯格明子所需的DMI效應；該電流脈沖線是金屬導電材料，用于傳輸讀取信息的電脈沖，其形狀結構與數據線相同；

所述磁納米軌道結構從上到下為鐵磁層和強自旋軌道耦合層，兩層之間相互接觸連接；該鐵磁層指由具有垂直各向異性的鐵磁性材料，為Fe構成的納米薄膜，其功能是產生和傳遞磁性斯格明子；該強自旋軌道耦合層指具有較大自旋軌道耦合矩的材料，為Ir，Pt重金屬材料，其功能是產生生成與保持磁性斯格明子所需的DMI效應；磁納米軌道其末端刻蝕一個三角狀刻痕，用于消除已經讀取過數據后的磁性斯格明子。

2.根據權利要求1所述的一種基于磁性斯格明子的片上信息傳輸器件，其特征在于：該讀取電流脈沖與驅動電流脈沖具有相同的脈沖寬度，但是相位相差九十度；保證當讀取電流脈沖為高電平時驅動電流脈沖為低電平，這時由于沿磁納米軌道徑向的驅動電流為零，磁性斯格明子停止移動，通過調節驅動電流大小和磁納米軌道長度的關系使得攜帶對應信息的磁性斯格明子態或鐵磁態在讀取脈沖到達時恰好位于磁性斯格明子信號讀取裝置中，此時電流將沿垂直方向流過磁性斯格明子信號讀取裝置，從而根據磁性斯格明子信號讀取裝置中磁化狀態為磁性斯格明子或是鐵磁態，對應的產生高電平或低電平，還原發送信號。

3.根據權利要求1所述的一種基于磁性斯格明子的片上信息傳輸器件，其特征在于：該發送端的強自旋極化層為圓形，方形或橢圓形，寬度或直徑小于磁納米軌道的寬度。