[發明專利]自旋邏輯器件和包括其的電子設備

有效

• 申請號: 201610064129.8
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105514260B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 張軒;萬蔡華;韓秀峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L43/06
• 分類號: H01L43/06;H01L43/08
• 代理公司: 北京市正見永申律師事務所11497
• 代理人: 黃小臨,馮玉清

1.一種自旋邏輯器件，包括：

自旋霍爾效應SHE層，其由具有自旋霍爾效應的導電材料制成，并且用于接收沿第一方向的第一輸入電流和第二輸入電流；

位于所述SHE層上的磁性隧道結，所述磁性隧道結具有自由磁層、參考磁層以及位于二者之間的勢壘層，其中所述自由磁層直接接觸所述SHE層；以及

在所述磁性隧道結上方沿第二方向延伸并且電連接到所述磁性隧道結的電流布線，所述第二方向與所述第一方向交叉，所述電流布線用于接收第三輸入電流以在所述磁性隧道結處生成磁場。

2.如權利要求1所述的自旋邏輯器件，其中，所述第二方向垂直于所述第一方向。

3.如權利要求1所述的自旋邏輯器件，其中，所述自由磁層和所述參考磁層都具有垂直磁化。

4.如權利要求1所述的自旋邏輯器件，其中，所述第一輸入電流和所述第二輸入電流是在所述SHE層的面內流動的面內電流，并且所述第一輸入電流和所述第二輸入電流與所述第三輸入電流產生的磁場共同作用以設置所述磁性隧道結的磁化狀態，且

其中，所述SHE層和所述電流布線還用于施加流過所述磁性隧道結的讀取電流以讀取所述磁性隧道結的磁化狀態，從而實現邏輯操作。

5.如權利要求1所述的自旋邏輯器件，其中，所述SHE層由選自包括以下材料的組的材料形成：Pt、Au、Ta、Pd、Ir、W、Bi、Pb、Hf、IrMn、PtMn、AuMn、Bi₂Se₃、Bi₂Te₃、Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Te、Dy、Ho、Er和Tm，以及它們的任意組合。

6.如權利要求1所述的自旋邏輯器件，其中，所述自旋邏輯器件能通過 設置所述第一輸入電流、所述第二輸入電流以及所述第三輸入電流的大小和方向而配置為邏輯與門、邏輯或門、邏輯非門、邏輯與非門和邏輯或非門。

7.一種自旋邏輯器件，包括：

自旋霍爾效應SHE偏置層，其由具有自旋霍爾效應并且能提供磁偏置的導電材料制成，并且用于接收沿第一方向的第一輸入電流和第二輸入電流；

位于所述SHE偏置層上的磁性隧道結，所述磁性隧道結具有自由磁層、參考磁層以及位于二者之間的勢壘層，其中所述自由磁層直接接觸所述SHE偏置層；以及

連接到所述磁性隧道結的與所述SHE偏置層相反的一側的讀取布線，用于施加流經所述磁性隧道結的讀取電流，

其中，所述SHE偏置層向所述自由磁層施加沿所述第一方向的偏置磁場。

8.如權利要求7所述的自旋邏輯器件，其中，所述SHE偏置層由IrMn、PtMn或AuMn制成。

9.如權利要求7所述的自旋邏輯器件，其中，所述自旋邏輯器件能通過設置所述第一輸入電流和所述第二輸入電流的大小和方向而配置成與門、或門和或非門之一，或者能配置成非門和與非門。

10.一種自旋邏輯器件，包括：

自旋霍爾效應SHE層，其由具有自旋霍爾效應的導電材料制成，并且用于接收沿第一方向的第一輸入電流和沿第二方向的第二輸入電流，所述第一方向與所述第二方向交叉；

位于所述SHE層上的磁性隧道結，所述磁性隧道結具有自由磁層、參考磁層以及位于二者之間的勢壘層，其中所述自由磁層直接接觸所述SHE層；以及

在所述磁性隧道結上方沿第三方向延伸并且電連接到所述磁性隧道結的電流布線，所述第三方向與所述第一方向和所述第二方向的合成方向垂直，所述電流布線用于接收第三輸入電流以在所述磁性隧道結處生成磁場。

11.如權利要求10所述的自旋邏輯器件，其中，所述第一方向與所述第二方向垂直。

12.如權利要求10所述的自旋邏輯器件，其中，所述第一輸入電流和所述第二輸入電流是在所述SHE層的面內流動的面內電流，并且所述第一輸入電流和所述第二輸入電流與所述第三輸入電流產生的磁場共同作用以設置所述磁性隧道結的磁化狀態，且

其中，所述SHE層和所述電流布線還用于施加流過所述磁性隧道結的讀取電流以讀取所述磁性隧道結的磁化狀態，從而實現邏輯操作。