[发明专利]自旋轨道力矩型器件及磁存储器

说明书

本公开提供了一种自旋轨道力矩型器件及磁存储器，该自旋轨道力矩型器件包括基片、面内易磁化层、垂直易磁化层和重金属层。其中，面内易磁化层和垂直易磁化层之间存在铁磁交换耦合作用，使得面内易磁化层和垂直易磁化层形成的整体具有倾斜的垂直磁各向异性。重金属层具有强自旋轨道耦合作用，能够通过自旋霍尔效应产生垂直方向上的纯自旋流并诱导垂直易磁化层发生磁化翻转。在不依赖外加磁场的条件下，自旋轨道力矩型器件可以实现全电学调控的定向磁化翻转，具有结构简单、低功耗和高可靠性等优点。

技术领域

本公开涉及自旋电子学领域，尤指一种自旋轨道力矩型器件及磁存储器。

背景技术

目前大多数自旋轨道力矩型器件中定向磁化翻转的实现都离不开外加磁场的辅助，这增加了器件设计的复杂度、器件功耗以及器件小型化的难度。为了实现不依赖外磁场的磁化翻转，相关技术中主要通过引入结构不对称性、交换偏置场、层间交换耦合作用、极化的铁电衬底等方法提供面内等效磁场来打破不对称性。然而，这些方法都大大提高了制备难度，复杂化了器件结构。因此，如何以简单、实用的方法来实现零场下的电致磁化翻转是本领域亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本公开提供了一种自旋轨道力矩型器件及磁存储器。

根据本公开的一个方面，提供了一种自旋轨道力矩型器件，包括：

基片；

面内易磁化层，生长在基片上；

垂直易磁化层，生长在面内易磁化层上，用于与面内易磁化层产生铁磁交换耦合作用，以使面内易磁化层和垂直易磁化层形成的整体具有倾斜的垂直磁各向异性；

重金属层，生长在垂直易磁化层上，用于通过自旋霍尔效应产生垂直方向上的纯自旋流并诱导垂直易磁化层发生磁化翻转。

优选地，该自旋轨道力矩型器件还包括：平滑层，生长于基片和面内易磁化层之间。

优选地，面内易磁化层的材料包括Fe、Co、CoFe、Co₂MnSi和Co₂FeAl中的其中之一。

优选地，面内易磁化层的厚度为0.5～6nm。

优选地，垂直易磁化层的材料包括具有垂直磁各向异性的锰基铁磁金属或亚铁磁金属。

优选地，垂直易磁化层的材料包括L1₀-MnGa、L1₀-MnAl、D0₂₂-Mn₃Ga和D0₂₂-Mn₃Ge中的其中之一，厚度为1～10nm。

优选地，重金属层的材料包括Pt、Ta、W和Pd中的其中之一，厚度为2～8nm。

优选地，基片的材料包括GaAs、Si、玻璃、MgO、蓝宝石和SiC中的其中之一。

优选地，平滑层的材料包括GaAs、Si、MgO、Cr、InAs、InGaAs、AlGaAs、Al、Ta、CoGa和Pd中的其中之一。

根据本公开的另一方面，提供了一种磁存储器，该磁存储器包括如上所述的自旋轨道力矩型器件。

与传统的自旋轨道力矩型器件相比，本公开提供的自旋轨道力矩型器件和磁存储器利用面内易磁化层和垂直易磁化层之间的铁磁交换耦合作用实现了倾斜的垂直磁各向异性，打破了垂直方向上磁矩对于自旋流的对称性，从而以简单的结构实现了不依赖外磁场的局域磁矩定向翻转。

另外，本公开基于具有抗氧化性的重金属层，可以避免器件被氧化，对器件可以起到了保护作用。

附图说明

为进一步说明本公开的技术内容，以下将结合实例及附图来详细说明，其中：