[發(fā)明專利]一種基于磁偶極作用的高波速自旋波波導(dǎo)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010105836.3
• 申請(qǐng)日: 2020-02-20
• 公開（公告）號(hào): CN111293392B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘智勇;任志偉;閆健;金立川;文天龍;廖宇龍;唐曉莉;張懷武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P3/02
• 分類號(hào): H01P3/02
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

一種基于磁偶極作用的高波速自旋波波導(dǎo)，屬于磁振子器件技術(shù)領(lǐng)域。所述自旋波波導(dǎo)包括亞鐵磁矩形條帶和位于亞鐵磁矩形條帶一側(cè)的鐵磁矩形條帶，所述亞鐵磁矩形條帶的長(zhǎng)度與寬度的比值大于25，厚度為10～50nm，所述鐵磁矩形條帶的寬度為亞鐵磁矩形條帶的寬度的1/4～1/2，厚度與亞鐵磁矩形條帶的厚度相同，所述亞鐵磁矩形條帶的長(zhǎng)度與鐵磁矩形條帶的長(zhǎng)度之差為100nm以上。本發(fā)明高波速自旋波波導(dǎo)，其自旋波的相速度相較于現(xiàn)有的一般亞鐵磁波導(dǎo)更高，且自旋波傳播時(shí)的損耗與現(xiàn)有的一般亞鐵磁波導(dǎo)一致，不會(huì)產(chǎn)生額外的損耗，同時(shí)具有低損耗和高相速度的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁振子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用磁偶極作用增強(qiáng)其中自旋波傳播相速度的自旋波波導(dǎo)。

背景技術(shù)

隨著電子信息技術(shù)的普及與發(fā)展，電子設(shè)備對(duì)計(jì)算能力的要求越來越高。而傳統(tǒng)電荷型器件技術(shù)已經(jīng)快接近其本征極限，一方面是尺寸降低帶來的巨大熱損耗，另一方面是小尺寸所帶來的量子效應(yīng)影響，要進(jìn)一步提升其計(jì)算能力非常困難。因此，發(fā)展新型的非電荷型器件是未來信息技術(shù)發(fā)展的必經(jīng)之路。而在眾多非電荷型器件中，自旋電子器件是強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者之一。

由于電子間的自旋相互作用遠(yuǎn)小于電子間的靜電相互作用，因此改變電子自旋的取向相比改變電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)要簡(jiǎn)單的多。研究表明，電子自旋相互作用產(chǎn)生的自旋的非一致集體進(jìn)動(dòng)，即自旋波，同樣可以應(yīng)用于信息的輸運(yùn)及處理。自旋波的特征頻率在GHz到亞THz波段，所以自旋波具有應(yīng)用于高速計(jì)算的巨大潛力，此外，自旋波邏輯器件也可以集成在半導(dǎo)體電路中。自旋波器件恰好符合當(dāng)今信息處理器件的發(fā)展趨勢(shì)，其具有小尺寸、低損耗、高傳播速度、具有非易失性等眾多優(yōu)點(diǎn)。

由于自旋波器件的信息處理是基于波的傳播與相互作用的，因此作為自旋波輸運(yùn)的載體，自旋波波導(dǎo)可以說是自旋波器件的基石。現(xiàn)有的自旋波波導(dǎo)按照使用的材料可劃分為兩類：使用亞鐵磁材料的自旋波波導(dǎo)和使用鐵磁材料的自旋波波導(dǎo)。亞鐵磁材料制成的波導(dǎo)具有低損耗的優(yōu)點(diǎn)，自旋波可以在其中傳播較遠(yuǎn)的距離，但由于飽和磁化強(qiáng)度低，自旋波在其中傳播的相速度較慢；鐵磁材料制成的波導(dǎo)具有高波速的優(yōu)勢(shì)，且這種材料與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝兼容，但自旋波在其中傳播時(shí)的損耗較大，這限制了用這種材料制作的器件所能達(dá)到的復(fù)雜程度。也正是由于這兩者間的差異，使得一直以來自旋波信息處理器件的研究被割裂成了兩個(gè)陣營(yíng)，彼此的研究結(jié)果有時(shí)并不能在另一方使用。所以在此基礎(chǔ)上，復(fù)合型波導(dǎo)應(yīng)運(yùn)而生，現(xiàn)有復(fù)合型波導(dǎo)的代表是K.An等人在論文Optimization of spin-wave Propagation with enhanced group velocities by exchange-coupledferrimagnet-ferromagnet bilayers(《使用交換耦合的亞鐵磁-鐵磁雙層膜優(yōu)化自旋波傳播的相速度》)中提出的利用交換耦合效應(yīng)的亞鐵磁-鐵磁雙層波導(dǎo)，其結(jié)構(gòu)為在原有的亞鐵磁波導(dǎo)上方再沉積一層鐵磁薄膜作為鐵磁層，之后再在鐵磁層上沉積一層SiO₂作為絕緣層，亞鐵磁層和鐵磁層均作為自旋波傳播通路。研究證明，該雙層波導(dǎo)中傳播的自旋波具有高于一般非復(fù)合型波導(dǎo)的相速度。但是存在以下不足：首先，這種基于交換耦合作用的自旋波加速是通過在亞鐵磁-鐵磁層的界面誘導(dǎo)出一種雜交(hybridization)模式的自旋波實(shí)現(xiàn)的，這種雜交模式的自旋波與以往研究中的自旋波的性質(zhì)并不完全相同，這很不利于利用過去幾十年的研究成果研發(fā)自旋波器件；其次，這種雙層結(jié)構(gòu)波導(dǎo)在與電路中的自旋波功能器件的對(duì)接上也存在困難，因?yàn)榇蠖鄶?shù)自旋波功能器件都是平面結(jié)構(gòu)；最后，這種垂直方向上的雙層波導(dǎo)的制作工藝也較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，提出了一種兼具低損耗、高傳播相速度特性且工藝簡(jiǎn)單的基于磁偶極作用的高波速自旋波波導(dǎo)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：