[发明专利]拓扑绝缘磁电阻器件

权利要求书

1.一种拓扑绝缘磁电阻器件，其特征在于：该拓扑绝缘磁电阻器件的核心结构自上而下为“第一铁磁金属层/拓扑绝缘体层/第二铁磁金属层”；第一铁磁金属层作为参考层，第二铁磁金属层作为自由层；当参考层与自由层的磁化方向平行时，磁电阻器件呈现低阻态，存储二进制中的“0”；当参考层与自由层的磁化方向反平行时，磁电阻器件呈现高阻态，存储二进制中的“1”；该结构是通过第一铁磁金属层的自旋极化流经由拓扑绝缘体的表面到达第二铁磁金属层，而不通过拓扑绝缘体内部。

2.一种拓扑绝缘磁电阻器件，其特征在于：该拓扑绝缘磁电阻器件的核心结构自上而下为“第一铁磁金属层/第一拓扑绝缘体层/第二铁磁金属层/第二拓扑绝缘体层”；第一铁磁金属层作为参考层，第二铁磁金属层作为自由层；当参考层与自由层的磁化方向平行时，磁电阻器件呈现低阻态，存储二进制中的“0”；当参考层与自由层的磁化方向反平行时，磁电阻器件呈现高阻态，存储二进制中的“1”；该结构是通过第一铁磁金属层的自旋极化流经由第一拓扑绝缘体层的表面到达第二铁磁金属层，而不通过第一拓扑绝缘体层内部，第二拓扑绝缘体层利用自旋轨道动量矩对自由层进行磁化方向的翻转。

3.一种拓扑绝缘磁电阻器件，其特征在于：该拓扑绝缘磁电阻器件的核心结构自上而下为“铁磁金属层/拓扑绝缘体层”的两层结构；电流经由拓扑绝缘体表面流经到铁磁金属层，铁磁金属层的磁化方向可以连续改变。

4.一种拓扑绝缘磁电阻器件，其特征在于：该拓扑绝缘磁电阻器件的核心结构自上而下为“第一铁磁金属层/非磁间隔层/拓扑绝缘体层/非磁间隔层/第二铁磁金属层”；第一铁磁金属层作为参考层，第二铁磁金属层作为自由层；当参考层与自由层的磁化方向平行时，磁电阻器件呈现低阻态，存储二进制中的“0”；当参考层与自由层的磁化方向反平行时，磁电阻器件呈现高阻态，存储二进制中的“1”；该结构是通过第一铁磁金属层的自旋极化流到达第二铁磁金属层，经过非磁间隔层以及拓扑绝缘体表面，而不通过拓扑绝缘体内部。

5.根据权利要求4所述的拓扑绝缘磁电阻器件，其特征在于：所述的非磁间隔层可以仅存在于第一铁磁金属层与拓扑绝缘体层之间。

6.根据权利要求4所述的拓扑绝缘磁电阻器件，其特征在于：所述的非磁间隔层可以仅存在于拓扑绝缘体层与第二铁磁金属层之间。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的拓扑绝缘磁电阻器件，其特征在于：所述的第一铁磁金属层、第二铁磁金属层、铁磁金属层的材料包括：单质铁磁材料；铁钴镍合金材料中的一种；具有半金属性质的铁磁材料中的一种；具有磁性的金属氧化物中的一种；所述的第一铁磁金属层、第二铁磁金属层、铁磁金属层的厚度分别为0.2～5nm。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的拓扑绝缘磁电阻器件，其特征在于：所述的拓扑绝缘体层、第一拓扑绝缘体层、第二拓扑绝缘体层为各种维度的拓扑绝缘体材料，包括硒化铋，碲化锡IVA、VA及VIA族化合物中的一种；所述拓扑绝缘体层、第一拓扑绝缘体层、第二拓扑绝缘体层的厚度为分别为0.2～100nm。

9.根据权利要求4所述的拓扑绝缘磁电阻器件，其特征在于：所述的非磁间隔层是一层非磁性薄层，其材料包括金属及非金属氧化物中的一种；非磁性金属及相关合金；非金属及相关化合物中的一种。