[发明专利]超快电脉冲发生与探测装置及其使用方法

说明书

本发明提供一种超快电脉冲发生与探测装置及其使用方法，该超快电脉冲发生与探测装置包括：激光器和电脉冲发生器。该电脉冲发生器包括：光电材料层，包括一光控开关区，所述光控开关区用于响应所述激光器产生的激发光；绝缘层，形成于所述光电材料层上，其中，所述绝缘层与所述光控开关区对应的位置存在一开关结构，使所述光控开关区部分暴露或完全暴露；传输线，形成于所述绝缘层上。本发明的超快电脉冲发生与探测装置通过飞秒激发光对光电材料的激励，可以产生低至3.7ps的电脉冲，实现hGHz的信号产生。

技术领域

本发明涉及磁性存储器技术，特别涉及一种超快电脉冲发生与探测装置及其使用方法。

背景技术

提高存储与计算速度和降低能量消耗是存储器研究的两大挑战。在过去的二十年中，飞秒激光被广泛用于超快尺度特定材料的磁性翻转与数据存储的研究。然而，超快光学在传统存储器领域的集成面临诸多问题。因此，基于飞秒激光的超短电脉冲更加有利于超快低功耗存储器的研究，从而用于探索新的数据存储方式。

例如，新一代非易失性的磁存储器具有低功耗的特点，其基本单元是磁隧道结，通常由三层薄膜组成，一个隧穿势垒层将两个磁性层分隔开，其中一个磁性层为参考层，矫顽场较大而具有固定不变的磁化方向，另一个磁性层为自由层，矫顽场较小而磁化方向可变，与参考层平行或反平行，从而使磁隧道结呈现低电阻和高电阻，用于存储二进制数据“0”和“1”。利用自旋转移矩，磁隧道结的磁化翻转可以在电流脉冲下完成；电流在隧穿作用下极化，从而完成自由层的磁化翻转。基于自旋转移矩的磁化翻转电流通常在纳秒级别，这是由于更短的电流需要更大的电流密度，从而导致隧穿势垒层的击穿。自旋轨道矩通过将电流注入具有高自旋霍尔角的重金属，产生自旋流，从而使自旋轨道矩用于磁性层的磁化翻转；由于电流不经过隧穿势垒层，200ps的电流即可实现磁化翻转。然而，脉冲发生装置的限制使得电流很难进入短于200ps的时间尺度，这限制了磁存储器的速度。

发明内容

基于现有技术中存在的问题，本发明提供一种超快电脉冲发生与探测装置，可产生皮秒量级的电脉冲。该超快电脉冲发生与探测装置包括：

激光器，用于产生飞秒激发光；

电脉冲发生器，包括：

光电材料层，包括一光控开关区，所述光控开关区用于响应所述激光器产生的飞秒激发光；

绝缘层，形成于所述光电材料层上，其中，所述绝缘层与所述光控开关区对应的位置存在一开关结构，使所述光控开关区部分暴露或完全暴露；

传输线，形成于所述绝缘层上，所述传输线包括电流传输线和至少一条地信号传输线；其中，所述电流传输线包括第一段电流传输线及第二段电流传输线，所述开关结构位于所述第一段电流传输线与第二段电流传输线之间，且所述第一段电流传输线及第二段电流传输线相对端分别与所述开关结构的相对边对齐；

电压源，与所述第一段电流传输线连接，并输出一偏压。

其中，调节所述电压源输出的偏压，可调节所述电脉冲发生器产生的超快电脉冲的幅值和极性。

在一实施例中，所述激光器包括但不限于：

重复频率1-5kHz、脉冲宽度20-250fs、波长650-1200nm的钛蓝宝石激光放大器；或

重复频率70-100MHz、脉冲宽度20-250fs、波长650-1200nm的钛蓝宝石激光振荡器；或

重复频率70-100MHz、脉冲宽度120-250fs、波长1535-1565nm的光纤激光器。