一种控制铁磁单层膜的多畴结构实现十态数据存储的方法技术

本发明专利技术涉及一种控制铁磁单层膜的多畴结构实现十态数据存储的方法，包括：(1)对多畴磁性薄膜施加足够大的负饱和磁场，使多畴磁性薄膜处于单畴状态；(2)对步骤(1)操作后的多畴磁性薄膜施加正向写入磁场，通过改变写入磁场的强度，将磁性薄膜写入到不同的多磁畴状态，每一个多磁畴状态作为一个独立的存储单元；本发明专利技术能够在一个物理存储单元直接存储0,1,2,3,4,5,6,7,8,9十个数值，以区别于目前在一个物理存储单元只能存储0和1两个数值的传统技术，在高密度、低功耗磁电子存储器件方面有广阔的应用前景，还有助于开发直接利用十进制运算的计算机。本发明专利技术具有普适性强、易操作、可室温工作的优点。

A method of Ten-State data storage by controlling the multi-domain structure of ferromagnetic monolayers

The invention relates to a method for controlling the multi-domain structure of a ferromagnetic monolayer film to realize Ten-State data storage, which includes: (1) applying a sufficiently large negative saturated magnetic field to a multi-domain magnetic film to make the multi-domain magnetic film in a single domain state; (2) applying a positive writing magnetic field to the multi-domain magnetic film after operation, and writing the magnetic film to different multi-domain states by changing the intensity of the writing magnetic field. Each multi-domain state serves as an independent storage unit; the invention can directly store 10 values of 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 in a physical storage unit, so as to be different from the traditional technology that only 0 and 1 values can be stored in a physical storage unit, and has broad application prospects in high-density and low-power magnetoelectronic memory devices, and also helps to open up. A computer that uses decimal operations directly. The invention has the advantages of strong universality, easy operation and room temperature operation.

【技术实现步骤摘要】
一种控制铁磁单层膜的多畴结构实现十态数据存储的方法
本专利技术涉及一种控制铁磁单层膜的多畴结构实现十态数据存储的方法，属于信息技术的数据存储领域。
技术介绍
磁性材料与科技的发展紧密联系在一起，从古代的指南针开始，到现代的硬盘及硬盘读头，再到新型的磁随机存储器件，都离不开磁性材料的贡献。例如：硬盘中的磁存储功能就是基于磁性材料两个显著不同的磁状态来记录“0”和“1”；而在磁性隧道结中则是利用自由层和钉扎层磁矩的平行与反平行排列导致隧道结有高、低两个电阻态来表示“0”和“1”。也正是因为现实中容易实现两种不同的磁或电阻状态，目前的计算机都是基于二进制。但是，随着信息技术的快速发展，人们对器件高存储密度、低功耗的需求越来越迫切。这就要求我们不仅要充分利用现有的材料或器件，而且要进一步在现有的材料或器件结构中找到新的性能。假如实验上可以给出稳定的十重磁和电阻态，那么基于十进制的计算机就有可能被开发出来，不仅能极大地提高存储密度，而且能促进人工智能、类脑计算的快速发展。然而目前为止，磁性薄膜还只是用于二进制存储，或者作为功能器件的一个组成部分来辅助多态存储，磁性薄膜本身还未被直接用作多态磁和电阻态的载体。中国专利文献CN103824588A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。但是，该专利存在以下缺陷或不足：第一，需要同时施加电流和外磁场才能对磁畴进行有效调控，而且当电流密度小于1×104A/cm2时外磁场和电流的调控具有一定的磁滞效应；第二，外磁场是通过在磁性薄膜附近生长铁磁层或放置永磁体，或借助电流产生的奥斯特场及传统硬盘中的移动磁头来实现的，通常只能产生较弱的磁场(<1特斯拉)；第三，磁畴状态的检测仅利用了霍尔效应。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种控制铁磁单层膜的多畴结构实现十态数据存储的方法；本专利技术预期在高密度、低功耗磁电子存储器件方面有广阔的应用前景。术语解释：1、多畴磁性薄膜，是指磁性薄膜包含大量的方向各异的小型磁化区域，每一个小型磁化区域内包含大量原子，且所有原子磁矩沿某一方向平行排列，该小型磁化区域称为磁畴。相邻磁畴之间的原子磁矩排列方向不同。2、单畴(singledomain)状态，是指磁性材料的尺度小于临界值时，原有的磁畴结构消失，而所有的磁矩只沿某一方向平行排列的磁状态。3、十态，是指十个剩磁态或电阻态；4、Noovershot模式，在到达目标磁场前，所加磁场在任何时刻都不超过目标磁场的加场模式。本专利技术的技术方案为：一种控制铁磁单层膜的多畴结构实现十态数据存储的方法，包括：(1)在负磁场方向施加一个大于多畴磁性薄膜饱和磁场的磁场(可施加磁场范围±7特斯拉)，使多畴磁性薄膜处于单畴状态；为数据存储提供了统一的初始状态。进一步优选的，所述步骤(1)中，利用超导量子干涉仪磁强计，在负磁场方向施加一个大于多畴磁性薄膜饱和磁场的磁场。(2)对步骤(1)操作后的多畴磁性薄膜施加正方向磁场，通过Noovershot模式，以0～200奥斯特/秒的增加速率，将外磁场增大到目标磁场(写入磁场)，得到某一多磁畴状态；(3)改变目标磁场的大小，并执行步骤(1)至步骤(2)，得到另一多磁畴状态；重复执行该步骤(3)直至获得十种多磁畴状态；通过控制目标磁场的大小，影响磁畴的数量、大小及方向，将磁性薄膜“写入”到不同的多磁畴状态。随着目标磁场的增大，越来越多的磁矩会沿着目标磁场方向排列，导致与目标磁场同向的磁畴数目增多或区域增大，而与目标磁场磁矩排列反向的磁畴数目会减少或者方向趋向目标磁场方向排列。每一个多磁畴状态作为一个独立的存储单元；不同的多磁畴状态既可以通过剩余磁化强度、磁光克尔效应等磁性测量“读出”，又可以通过反常霍尔效应、磁电阻等电输运特性测量“读出”。(4)读出步骤(3)得到的十种多磁畴状态。在多畴磁性薄膜中，本专利技术通过外磁场，改变磁畴数量、大小和方向，从而在磁性薄膜中获得稳定的十个剩磁态或电阻态，实现在一个物理存储单元直接存储0,1,2,3,4,5,6,7,8,9十个数值，以区别于目前在一个物理存储单元只能存储0和1两个数值的传统技术。根据本专利技术优选的，所述步骤(4)，包括：通过剩余磁化强度或磁光克尔效应磁性测量读出不同的多磁畴状态，或者，通过反常霍尔效应或磁电阻电输运特性测量读出不同的多磁畴状态。根据本专利技术优选的，通过磁控溅射、脉冲激光沉积、分子束外延或电子束蒸发制备所需的多畴磁性薄膜。根据本专利技术优选的，所述多畴磁性薄膜的材质为铁磁金属薄膜、铁磁半导体薄膜或稀土金属铁磁薄膜；所述铁磁金属薄膜的材质为Fe、Co、Ni、CoPt、CoPd、NiFe、CoFe、CoFeB、FeSi、FeSiAl或FeAl；所述铁磁半导体薄膜的材质为GaMnAs、InMnAs或CoZnO；所述稀土金属铁磁薄膜的材质为LaSrMnO或LaCaMnO。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术提供了一种在磁性薄膜中获得稳定十个剩磁态或电阻态的方法，能够在一个物理存储单元直接存储0,1,2,3,4,5,6,7,8,9十个数值，以区别于目前在一个物理存储单元只能存储0和1两个数值的传统技术，在高密度、低功耗磁电子存储器件方面有广阔的应用前景，还有助于开发直接利用十进制运算的计算机。2、本专利技术具有普适性强、易操作、可室温工作的优点。3、本专利技术只需要通过超导磁体控制所施加外磁场(±7特斯拉)，不需要电流的辅助就可以实现多达10个稳定的磁和电阻态，而且不同的磁和电阻状态不仅可以用反常霍尔效应测量，也可以通过磁性测量、磁光性能的测量“读出”。附图说明图1为[Co/Pt]5磁性薄膜逐渐增加写入磁场时的磁滞回线示意图。图2为[Co/Pt]5磁性薄膜逐渐增加写入磁场时的反常霍尔效应曲线示意图。图3(a)为[Co/Pt]15磁性薄膜逐渐增加写入磁场后的第一种剩磁状态下的磁畴图像。图3(b)为[Co/Pt]15磁性薄膜逐渐增加写入磁场后的第二种剩磁状态下的磁畴图像。图3(c)为[Co/Pt]15磁性薄膜逐渐增加写入磁场后的第三种剩磁状态下的磁畴图像。图3(d)为[Co/Pt]15磁性薄膜逐渐增加写入磁场后的第四种剩磁状态下的磁畴图像。图3(e)为[Co/Pt]15磁性薄膜逐渐增加写入磁场后的第五种剩磁状态下的磁畴图像。图3(f)为[Co/Pt]15磁性薄膜逐渐增加写入磁场后的第六种剩磁状态下的磁畴图像。图3(g)为[Co/Pt]15磁性薄膜逐渐增加写入磁场后的第七种剩磁状态下的磁畴图像。图3(h)为[Co/Pt]15磁性薄膜逐渐增加写入磁场后的第八种剩磁状态下的磁畴图像。图3(i)为[Co/Pt]15磁性薄膜逐渐增加写入磁场后的第九种剩磁状态下的磁畴图像。图3(j)为[Co/Pt]15磁性薄膜逐渐增加写入磁场后的第十种剩磁状态下的磁畴图像。具体实施方式下面结合说明书附图和实施例对本专利技术作进一步限定，但不限于此。实施例一种控制铁磁单层膜的多畴结构实现十态数据存储的方法，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制铁磁单层膜的多畴结构实现十态数据存储的方法，其特征在于，包括：(1)在负磁场方向施加一个大于多畴磁性薄膜饱和磁场的磁场，使多畴磁性薄膜处于单畴状态；(2)对步骤(1)操作后的多畴磁性薄膜施加正方向磁场，通过No overshot模式，以0～200奥斯特/秒的增加速率，将外磁场增大到目标磁场，得到某一多磁畴状态；(3)改变目标磁场的大小，并执行步骤(1)至步骤(2)，得到另一多磁畴状态；重复执行该步骤(3)直至获得十种多磁畴状态；(4)读出步骤(3)得到的十种多磁畴状态。

【技术特征摘要】
1.一种控制铁磁单层膜的多畴结构实现十态数据存储的方法，其特征在于，包括：(1)在负磁场方向施加一个大于多畴磁性薄膜饱和磁场的磁场，使多畴磁性薄膜处于单畴状态；(2)对步骤(1)操作后的多畴磁性薄膜施加正方向磁场，通过Noovershot模式，以0～200奥斯特/秒的增加速率，将外磁场增大到目标磁场，得到某一多磁畴状态；(3)改变目标磁场的大小，并执行步骤(1)至步骤(2)，得到另一多磁畴状态；重复执行该步骤(3)直至获得十种多磁畴状态；(4)读出步骤(3)得到的十种多磁畴状态。2.根据权利要求1所述的一种控制铁磁单层膜的多畴结构实现十态数据存储的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，利用超导量子干涉仪磁强计，在负磁场方向施加一个大于多畴磁性薄膜饱和磁场的磁场。3.根据权利要求1所述的一种控制铁磁单层膜的多畴结构实现十态数据存储的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜世申，田玉峰，陈延学，柏利慧，康仕寿，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37