[发明专利]一种可实现半加器运算功能的磁算术逻辑器件

说明书

本发明公开了一种可实现半加器运算功能的磁算术逻辑器件，所述磁算术逻辑器件包括磁性单元、电阻网络和微分负电阻元件；其中两个磁性单元并联，两对微分负电阻元件分别与并联后的磁性单元的左右两组电极和电阻网络的左右两端相连，电流自所述并联后的磁性单元和所述电阻网络的顶端电极流入，从所述并联后的磁性单元的左右两组电极和所述电阻网络的左右两端经过所述微分负电阻元件流出，以磁化方向作为逻辑输入，所述流出的电流数值根据所述磁性单元磁化方向的变化而改变，实现半加器运算的“与”和“异或”逻辑功能。

技术领域

本发明涉及自旋电子学技术领域，特别是涉及可实现半加器运算功能的磁算术逻辑器件。

背景技术

传统的电子计算机建立在冯·诺伊曼架构的基础上，在冯·诺依曼架构中，计算机的处理器与外部存储相互分离。日益加快的运算速度导致二者之间的信息交换消耗的时间和能量越来越多，使得电子计算机的进一步发展遇到了瓶颈。存储和运算之间的融合有望突破这一瓶颈，而新兴的自旋电子学器件凭借其非易失的特性和丰富的电磁输运特性，在实现存储和运算一体化方面具备一定的优势。

专利号：201610804501.4发明名称：一种可重构的磁逻辑器件及其制备方法，可以在室温和低磁场下实现四种基本逻辑运算，同时能够实现逻辑输出的存储。其具有很高的输出比和低工作磁场的性能特点。然而，要在尽可能减少逻辑门级联所带来的时间延迟和能量消耗的前提下实现更加复杂的运算功能，仅有基本布尔逻辑门是不够的，需要在布尔逻辑门的基础上进一步实现算术逻辑功能。

因此希望有一种可实现半加器运算功能的磁算术逻辑器件能够解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明公开了一种可实现半加器运算功能的磁算术逻辑器件,所述磁算术逻辑器件包括磁性单元、电阻网络和微分负电阻元件；其中两个磁性单元并联，两对微分负电阻元件分别与并联后的磁性单元的左右两组电极和电阻网络的左右两端相连，电流自所述并联后的磁性单元和所述电阻网络的顶端电极流入，从所述并联后的磁性单元的左右两组电极和所述电阻网络的左右两端经过所述微分负电阻元件流出，以磁化方向作为逻辑输入，所述流出的电流数值根据所述磁性单元磁化方向的变化而改变，实现半加器运算的“与”和“异或”逻辑功能。

优选地，所述磁性单元包括顶端、左侧和右侧三个电极，三个电极的形状分别为矩形、圆形和梯形中的一种。

优选地,所述磁性单元中的磁性薄膜是具有垂直磁各向异性的磁性薄膜。

优选地,所述磁性薄膜为MgO\CoFeB\Ta、AlO_x\Co\Pt以及Pt\Ta\Cu\Co\Pt\Ta中的一种。

优选地,所述磁性薄膜的磁化方向在电流的作用下翻转，引起所述电流翻转磁化效应的原因是电流产生的磁场、自旋转移力矩效应或自旋轨道力矩效应。

优选地，所述磁性单元接入所述磁算术逻辑器件器件的输出端，由于所述磁性薄膜的磁化方向在电流的作用下翻转，所述磁性单元的磁化方向取决于所述磁算术逻辑器件器件输出端电流的大小，实现运算结果的即时写入，在一个时钟周期内完成半加器算术逻辑运算功能和运算结果的存储。

优选地,所述微分负电阻元件的伏安特性曲线中包括斜率为负值的区间。

优选地，所述微分负电阻元件为互补的双极性晶体管、金属-绝缘体相变器件和隧道二极管中的一种。

优选地，所述电阻网络包括顶端、左端和右端三个连接端口。

本发明提出了一种可实现半加器运算功能的磁算术逻辑器件，通过将磁性材料本身磁化方向改变所引起的器件输运性能的变化经由微分负电阻元件进行增强，使得这种器件可以在室温下实现半加器的运算功能，且具有较高的输出比。利用磁性材料本身的电流驱动磁化反转效应，可以在一个时钟周期内将运算的结果写入磁性单元中，以实现在从信息的读出、运算到运算结果存储全过程中保持非易失性。

附图说明