[发明专利]一种适用于基于铁磁材料的多态存储器的多态存储方法

权利要求书

1.一种适用于基于铁磁材料的多态存储器的多态存储方法，所述基于铁磁材料的多态存储器具有多层薄膜结构，从下至上依次包括：自旋流生成层、铁磁材料层、绝缘材料层以及盖帽层；所述自旋流生成层由重金属材料或拓扑绝缘材料制成，用于产生具有自旋力矩的自旋流；所述铁磁材料层由铁磁材料制成，其磁畴状态在所述自旋流和外加平面磁场的共同作用下发生改变，从而使得所述多态存储器的电阻值发生改变；所述绝缘材料层用于提供垂直磁特向异性，使得所述铁磁材料层的易磁化方向垂直于其膜面；所述盖帽层用于保护其下各层薄膜；所述多态存储器具有第一电极和第二电极，用于在写操作中施加电流，使得所述自旋流生成层在所述电流流经其中时产生自旋流，从而在外加磁场的作用下由所述自旋流生成层产生的自旋流作用于所述铁磁材料层使得所述铁磁材料层的磁畴状态发生变化，进而所述多态存储器的电阻值发生改变；所述磁畴状态为磁化方向向上的磁畴与磁化方向向下的磁畴的比例；

其特征在于，包括如下步骤：

(1)在所述第一电极和所述第二电极之间施加定值的写电流，并对所述多态存储器施加平行或反平行于所述写电流的平面磁场；

(2)保持所述写电流的大小及方向均不变，改变所述平面磁场的大小，并获得每一个平面磁场值所对应的所述多态存储器的电阻值，从而得到n个平面磁场值以及与所述n个平面磁场值一一对应的n个电阻值；

(3)从所述n个电阻值中选择m个电阻值，并通过编码得到m个数据值与所述m个电阻值一一映射的第一映射关系；获得与所述m个电阻值一一对应的m个平面磁场值，进而得到所述m个数据值与所述m个平面磁场值一一映射的第二映射关系，并由此实现利用所述多态存储器的m个电阻态分别存储m个数据值的多态存储；

其中，所述写电流为使得所述多态存储器达到最大电阻值的最小电流，m和n均为大于或等于2的正整数，且m≤n。

2.如权利要求1所述的适用于基于铁磁材料的多态存储器的多态存储方法，其特征在于，所述自旋流生成层为Hall Bar结构，其膜面呈十字形状；所述铁磁材料层、所述绝缘材料层以及所述盖帽层的膜面为大小相同的多边形或椭圆形，并且依次重叠于自旋流生成层十字形状的交叉部分之上；

所述自旋流生成层面十字形状中一条直线的两端分别为所述第一电极和所述第二电极。

3.如权利要求1所述的适用于基于铁磁材料的多态存储器的多态存储方法，其特征在于，所述多态存储器各层薄膜均为HallBar结构，并且各层薄膜的膜面呈相同的十字形状；所述自旋流生成层、所述铁磁材料层、所述绝缘材料层以及所述盖帽层依次重叠，使得所述多态存储器的结构呈十字形状；

所述多态存储器十字形状的一条直线的两端分别为所述第一电极和所述第二电极。

4.如权利要求1-3任一项所述的适用于基于铁磁材料的多态存储器的多态存储方法，其特征在于，所述步骤(2)中，改变所述平面磁场的大小的方法包括：

设定一个步长，并在磁场应用范围内以所述步长线性改变所述平面磁场的大小；

其中，所述磁场应用范围为在所述写电流下能够使的所述多态存储器的电阻值发生最大变化的最小磁场范围，所述步长的设定使得n的取值大于或等于2。

5.如权利要求4所述的适用于基于铁磁材料的多态存储器的多态存储方法，其特征在于，所述步长为磁场分辨率。

6.如权利要求4所述的适用于基于铁磁材料的多态存储器的多态存储方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所选定的m个电阻态具有相同的阻值间隔。

7.如权利要求4所述的适用于基于铁磁材料的多态存储器的多态存储方法，其特征在于，m＝n。