[发明专利]一种基于非铁磁材料的超低功耗自旋逻辑器件

摘要

本发明涉及一种基于非铁磁材料的超低功耗自旋逻辑器件，其特征在于：利用自旋轨道耦合效应及自旋流实现超低功耗逻辑运算，其结构包括非铁磁自旋注入端、自旋输运沟道、自旋放大部分、自旋流‑电流转换结构及输出端。在输入端向两种非铁磁材料的界面处通入电流以实现自旋注入；非铁磁材料之间可加入隔离层；在自旋输运沟道中以纯自旋流进行运算；为解决自旋流的衰减问题，可对自旋流进行放大或将其转化为电流进行输运；在输出端利用磁隧道结对数据进行存储。本发明尽可能少地使用铁磁材料，克服了自旋注入时的高功耗问题，实现了低功耗设计；并且通过自旋流‑电流转换可实现信号的长距离传输，也方便拓展材料体系。

主权项

1.一种基于非铁磁材料的超低功耗自旋逻辑器件，其特征在于：该自旋逻辑器件由输入端即非铁磁自旋注入端、自旋输运沟道、自旋放大部分、自旋流‑电流转换结构以及输出端组成；该输入端即非铁磁自旋注入端，其结构自上而下分别为非铁磁材料/非铁磁材料/基底，或者非铁磁材料/隔离层/非铁磁材料/基底；所述的输入端两种非铁磁材料的其中一种作为纯自旋流扩散的沟道；该自旋输运沟道，通过纯自旋流的方式进行计算；该自旋放大部分的基本结构与输入端基本结构一致；该自旋流‑电流转换结构，从上至下分别是非铁磁材料/非铁磁材料/基底，或者非铁磁材料/隔离层/非铁磁材料/基底；其中这两种非铁磁材料的一种作为自旋流输运的沟道；该输出端，自上而下由磁性隧道结、自旋输运沟道和基底组成，其中磁性隧道结包括自由层、隧穿层和固定层；从前级电路输运过来的自旋流，扩散到磁性隧道结的自由层，使自由层翻转，从而利用磁性隧道结对数据进行存储，实现电路的非易失性；其中，在输入端向两种非铁磁材料的界面处注入电流，由于自旋轨道耦合效应，在界面处发生电流到自旋流的转化从而产生自旋流；当将注入的电流反向时，将产生不同极化方向的自旋流，从而表征出逻辑“0”和“1”；输入端是单端或者多端输入，在同一个自旋输运沟道中进行多个信号的自旋注入；其中，由于自旋流在自旋输运沟道中的扩散衰减比电流在线路中的衰减大，因此当自旋流需要进行长距离输运时，在自旋输运沟道中的适当位置，注入与输运的自旋流极化方向相同的自旋流以对自旋信号进行放大，或者利用自旋流‑电流转化结构将自旋流转化为电流，在需要进行纯自旋流计算时再借助输入端中的方式转化为自旋流；其中，在自旋流‑电流转换结构中，由于自旋轨道耦合效应，输运而来的自旋流将在两种非铁磁材料的界面处或者隔离层处发生自旋流‑电流转化，从而产生电流并通过互连线传输；当输运的自旋流极化方向相反时，产生的电流的方向也相反；所述的互连线是任意导体或者拓扑绝缘体。