[發明專利]基于拓撲絕緣體材料和自旋軌道轉矩效應的磁子閥結構

有效

• 申請號: 202110702629.0
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113257992B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 胡訓博;葉釗;傅邱云;凌寒冰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;深圳華中科技大學研究院
• 主分類號: H01L43/06
• 分類號: H01L43/06;H01L43/04;G11C11/16;G11C11/18
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 鄧彥彥;廖盈春

1.一種基于拓撲絕緣體材料和自旋軌道轉矩效應的磁子閥結構，其特征在于，包括：襯底、拓撲絕緣體層、磁子閥部件及金屬電極；

所述拓撲絕緣體層、磁子閥部件及金屬電極由下至上依次位于襯底上；

所述磁子閥部件由下至上依次包括：第一鐵磁絕緣體層、反鐵磁層及第二鐵磁絕緣體層，或所述磁子閥部件由下至上依次包括：第一鐵磁絕緣體層、非鐵磁層及第二鐵磁絕緣體層；所述第一鐵磁絕緣體層和第二鐵磁絕緣體層具有相同或者相反的磁矩方向；

所述拓撲絕緣體層作為自旋軌道轉矩層，所述拓撲絕緣體層與第一鐵磁絕緣體層耦合，當拓撲絕緣體層有電流流過時，電流產生一個力矩，在該力矩的作用下，所述第一鐵磁絕緣體層中的磁矩發生翻轉；

在拓撲絕緣體層沒有電流流過之前，若所述第一鐵磁絕緣體層和第二鐵磁絕緣體層具有相同的磁矩方向，則所述磁子閥結構的逆自旋霍爾電壓在所述拓撲絕緣體層通入電流前后由高電平狀態轉變為低電平狀態；在拓撲絕緣體層沒有電流流過之前，若所述第一鐵磁絕緣體層和第二鐵磁絕緣體層具有相反的磁矩方向，則所述磁子閥結構的逆自旋霍爾電壓在所述拓撲絕緣體層通入電流前后由低電平狀態轉變為高電平狀態；

在拓撲絕緣體層沒有電流流過之前，若所述第一鐵磁絕緣體層和第二鐵磁絕緣體層具有相同的磁矩方向，則所述磁子閥結構的逆自旋霍爾電壓在所述拓撲絕緣體層通入電流前后由高電平狀態轉變為低電平狀態，此時該磁子閥結構可作為存儲器件，通過控制向拓撲絕緣體層通入的電流實現存儲器件的數據存儲功能。

2.根據權利要求1所述的基于拓撲絕緣體材料和自旋軌道轉矩效應的磁子閥結構，其特征在于，所述拓撲絕緣體層屬于合金化合物材料，具體為：Bi_xSb_1-x、Bi₂Se₃、Sb₂Te₃或Bi₂Te₃；0＜x＜1。

3.根據權利要求1所述的基于拓撲絕緣體材料和自旋軌道轉矩效應的磁子閥結構，其特征在于，所述拓撲絕緣體層通過磁控濺射或分子束外延的方式在襯底上生長。

4.根據權利要求1所述的基于拓撲絕緣體材料和自旋軌道轉矩效應的磁子閥結構，其特征在于，所述襯底為單晶襯底。

5.根據權利要求1所述的基于拓撲絕緣體材料和自旋軌道轉矩效應的磁子閥結構，其特征在于，所述第一鐵磁絕緣體層和第二鐵磁絕緣體層均為Y₃Fe₅O₁₂層。

6.根據權利要求1所述的基于拓撲絕緣體材料和自旋軌道轉矩效應的磁子閥結構，其特征在于，所述反鐵磁層為金屬氧化物材料，具體為NiO、Fe₂O₃、Cr₂O₃、MgO、MnO、FeO、CoO或MnF₂。

7.根據權利要求1所述的基于拓撲絕緣體材料和自旋軌道轉矩效應的磁子閥結構，其特征在于，所述非鐵磁層為非磁金屬材料，具體為V、Cr、Cu、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Re、Ir、Pt或Au。