一种对磁多畴态进行调控的方法技术

本发明专利技术涉及信息数据的存储和处理技术领域，公开了一种对磁多畴态进行调控的方法，该方法是在磁性薄膜中通入电流的同时，施加一个磁场强度为0至4×105A/m的外磁场来调控磁性薄膜的磁化状态，其中电流用于推动磁性薄膜磁多畴态中的磁畴移动，外磁场用于调控磁性薄膜中新磁畴的产生和已有磁畴在移动过程中的状态，从而使磁性薄膜处于一个稳定的磁多畴态。此多畴态不会被更高或更低的电流所影响，并能在撤去电流后保持稳定。该方法可用于目前的磁存储器和未来自旋逻辑器件中的磁化状态操纵，实现非易失性的多值存储和多位逻辑运算。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及信息数据的存储和处理
，公开了，该方法是在磁性薄膜中通入电流的同时，施加一个磁场强度为0至4×105A/m的外磁场来调控磁性薄膜的磁化状态，其中电流用于推动磁性薄膜磁多畴态中的磁畴移动，外磁场用于调控磁性薄膜中新磁畴的产生和已有磁畴在移动过程中的状态，从而使磁性薄膜处于一个稳定的磁多畴态。此多畴态不会被更高或更低的电流所影响，并能在撤去电流后保持稳定。该方法可用于目前的磁存储器和未来自旋逻辑器件中的磁化状态操纵，实现非易失性的多值存储和多位逻辑运算。【专利说明】
本专利技术属于信息数据的存储和处理
，提供了一种对非易失性磁存储器或自旋逻辑器件中磁性薄膜的磁多畴态进行调控的方法。
技术介绍
随着信息社会的发展，对信息的存储和处理提出了越来越高的要求。传统的基于半导体工业的信息存储和处理在存储密度和运算速度方面已接近其物理极限，因此发展新型存储技术和信息处理技术已变得非常急迫。磁存储技术和自旋逻辑器件由于其低功耗和高的运算速度受到了越来越多的重视。为了追求更高的存储密度，具有很强垂直各向异性和较大矫顽力的磁性材料被广泛应用于包括硬盘在内的磁存储器。但大的垂直各向异性和矫顽力又导致基于传统磁头和自旋转移矩效应的数据写入变得非常困难。同时，作为高密度集成的另一种发展方向，多值存储和多值逻辑计算，也变得非常重要。在磁性存储和自旋逻辑器件中，由于缺少可靠的磁化强度操作手段，使得基于磁性多畴态的多值存储或多值逻辑运算很难得到应用。这主要是因为磁性薄膜中磁畴的形成是一个随机过程，磁畴形成的过程不可控制。即使是在完全相同的磁畴形成条件下，例如缺陷引入，施加一个外磁场或直接通入大电流等，很难得到相同的磁畴数目，相同的磁畴体积和相同的磁畴位置。从应用上来说，利用微加工手段，一般会把磁性薄膜加工成几十纳米到几十微米的微结构，但是在这种具有几十纳米到几十微米特征尺寸的样品中引入缺陷，通入电流或施加一个外磁场时，其多畴态仍然被无法控制，这是因为磁畴的不可控性通常认为是由于磁畴形成本身的基本物理机制导致的。正是因为这种多畴态的不可控性，目前还未有对多畴态进行调控的有效手段。因此，寻找一种可靠的对磁多畴态进行调控的方法，以有效的控制这些磁多畴态，在应用领域变得非常重要。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题针对上述磁存储器或逻辑器件中磁多畴态不易控制以及在高密度存储中写入操作较难实现的问题，本专利技术提供了，以实现对磁多畴态的精确控制。( 二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了，该方法是在磁性薄膜中通入电流的同时，施加一个磁场强度为O至4X 105A/m的外磁场来调控磁性薄膜的磁化状态，其中电流用于推动磁性薄膜中磁畴的移动，外磁场用于调控磁性薄膜中磁畴在产生和移动过程中的状态，从而使磁性薄膜处于一个稳定的磁多畴态。上述方案中，所述磁多畴态至少包括两个磁畴，对磁多畴态进行调控是指同时对两个或两个以上的磁畴进行调控。上述方案中，所述在磁性薄膜中通入的电流是以平行于磁性薄膜表面的方向向磁性薄膜中通入，或者是以垂直于磁性薄膜表面的方向向磁性薄膜中通入。上述方案中，所述电流以平行于磁性薄膜表面的方向通入时，所述磁性薄膜是依附在由任意材料构成的薄膜层上，且不需要与其依附的薄膜层具有同样的面积大小。所述电流以垂直于磁性薄膜表面的方向通入时，所述磁性薄膜为磁性隧道结结构的自由翻转层或自旋阀结构的自由翻转层，在这两种结构的自由翻转层中，钉扎住的磁性薄膜层能够导致施加到自由翻转层的电流为自旋极化的电流。上述方案中，所述外磁场是通过在磁性薄膜附近生长铁磁层或放置永磁体来实现的，或者是通过与磁性薄膜相邻材料中的电流产生的奥斯特场或传统硬盘中的移动磁头来实现的。上述方案中，所述外磁场方向与电流方向在空间范围内呈任意角度。当所述外磁场方向与电流方向不垂直时，多畴态是通过电流的极性和外磁场同时来调控。上述方案中，当在磁性薄膜中通入的电流密度小于约IX 104A/cm2时，外磁场和电流调控具有一定的磁滞效应，当电流密度大于约I X IOVcm2时，磁滞现象消失，将给出确定的多畴态。上述方案中，所述磁性薄膜是单一铁磁材料，或是铁磁合金，或是多层铁磁薄膜构成的超晶格结构。上述方案中，当电流控制磁畴的状态时，磁畴是通入的电流产生的，或者是磁性薄膜本身固有缺陷导致的，或者是通过特殊几何结构设计产生的，或者是通过另外施加的外磁场引入的。上述方案中，所述通过特殊几何结构设计产生磁畴，是将铁磁层做成含有T字形状的，则在拐角处形成磁畴；或者是将在需要磁畴的位置的铁磁层厚度加大，或在需要磁畴的位置镀上其他铁磁层，则在需要磁畴的位置形成磁畴。上述方案中，该方法还包括在被调控磁性薄膜的一侧或两侧生长一层重金属层来改善磁化状态的调控效率。所述重金属层是Pt、Au、Ta或W中的一种。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果:1、利用本专利技术，无论初始的磁化状态如何，磁多畴态或单畴态可以通过一个小的外磁场和电流可靠调节。此多畴态不会被更高或更低的电流所影响，并能在撤去电流后保持稳定。2、利用本专利技术，一旦多畴态达到稳定状态将不再随电流的增加而变化，避免了实际应用中电流波动导致的误操作。3、利用本专利技术，通过电流驱动电流形成的磁畴或缺陷形成的固有磁畴，使其扩展至整个磁性样品，从而实现磁化强度的翻转，解决了高密度磁存储中写入过程较为困难的问题。4、利用本专利技术，与目前的硬盘以及磁随机存储器结构兼容，既可以改善目前磁存储的写入方式，也可以在目前存储器的基础上实现多值存储，节约了经济成本。5、利用本专利技术，可用于构建非易失性的多值磁动态随机存储器(DRAM)，无论在容量和速度上都超过目前广泛应用的DRAM。6、利用本专利技术，可用于构建基于磁畴移动的逻辑运算器和Racetrack存储器中创建操作磁畴。7、利用本专利技术，可用于目前的磁存储器和未来自旋逻辑器件中的磁化状态操纵，实现非易失性的多值存储和多位逻辑运算。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术提供的两种典型的基于电流和外磁场调控磁多畴态的示意图；图2是本专利技术提供的基于电流和外磁场调控磁多畴态的原理图；图3A至图3D是当外磁场垂直于薄膜面时，样品Co / Ni / Co的调控结果；其中图3A是磁场沿着z轴时，RH和外磁场的关系；插图为测试示意图；图3B是Rh和电流脉冲幅度的关系，磁化状态先被外磁场设定到沿着+z方向，电流脉冲先增大后减小；插图为外磁场和电流脉冲的时序图；图3C和图3D是有外磁场作用下，Rh和电流脉冲幅度的关系；磁化状态先被设定为沿着+z (图3C)和-Z (图3D)方向。图4A至图4B是当外磁场平行于电流方向时，样品Pt / Co / AlOx的调控结果；图4A是磁场沿着z轴时，Rh和外磁场的关系；图4B是不同外磁场下，在7.74mA和8.72mA的电流脉冲作用后，RH和外磁场的关系。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术提供的对磁多畴态进行调控的方法，其核心思想是利用自旋极化的电流通过铁磁层产生磁畴或驱动磁畴移动，然后通过调节外磁场的方向和大小以及电流的极性来调节磁畴两侧畴壁移动的相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对磁多畴态进行调控的方法，其特征在于，该方法是在磁性薄膜中通入电流的同时，施加一个磁场强度为0至4×105A/m的外磁场来调控磁性薄膜的磁化状态，其中电流用于推动磁性薄膜磁多畴态中磁畴的移动，外磁场用于调控磁性薄膜中新磁畴的产生和已有磁畴在移动过程中的状态，从而使磁性薄膜处于一个稳定的磁多畴态。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毕冲，龙世兵，刘明，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
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