一种基于磁斯格明子的赛道存储器制造技术

本发明专利技术提供一种基于磁斯格明子的赛道存储器，包括磁性纳米管轨道，纳米管轨道沿其轨道方向依次分为信息写入部分，信息存储部分，信息读取部分；利用磁斯格明子的有无来表示二进制数“1”和“0”，磁斯格明子在所述信息写入部分产生，随后在电流的驱动下沿着纳米管轨道运动进入信息存储部分，经过所述信息存储部分后进入所述信息读取部分读取数据；本发明专利技术的赛道存储器具有较高的信息存储密度以及稳定性，具有很高的读写速度，当电流密度为10

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁斯格明子的赛道存储器
本专利技术属于磁性存储器领域，具体涉及一种基于磁斯格明子的赛道存储器。
技术介绍
随着大数据与人工智能等高新科技的发展，人们对信息存储的需求与日俱增，急需存储密度更高、读取速度更快的存储器件。赛道存储器是一种新型非易失性存储器，相比于传统硬盘，赛道存储器具有更高的存储密度。2008年Parkin等人提出了基于磁畴壁的赛道存储器(S.S.P.Parkin,et.alMagneticDomain-WallRacetrackMemory)。这种赛道存储器通过自旋朝上和自旋朝下的磁畴来进行二进制的信息的编码，将数据存储在一条类似于磁带的纳米带上，通过施加自旋极化电流来驱动磁畴到相应的写入读取位置来实现数据的写入和读取。磁斯格明子是一种受拓扑保护的磁结构，由于其尺寸小以及较高的稳定性，在赛道存储应用方面有着显著的优势。在基于磁斯格明子的赛道存储器中，用斯格明子的有无来进行二进制码的编译，有斯格明子代表“1”，反之代表“0”。相比于基于磁畴的赛道存储器，基于磁斯格明子的赛道存储器具有更多的优点。首先在功耗上，驱动传统磁畴壁所需的启动电流大约是2.5×1011A/m2，而驱动斯格明子的启动电流只需106A/m2，因此基于磁斯格明子的赛道存储器功耗更低。另外，与磁畴壁相比，磁斯格明子的尺寸更小，一般在几个纳米到几十个纳米之间，使用磁斯格明子作为信息载体的赛道存储器具有更高的存储密度。磁斯格明子在被自旋极化电流驱动时，由于马格努斯力的作用，斯格明子运动的方向会向纳米带的边缘偏转，这就是所谓的斯格明子霍尔效应。当斯格明子运动到纳米轨道的边界时，边界会对斯格明子产生应该作用力。当电流密度大过一定值时，边界对斯格明子的作用力远小于马格努斯力，此时斯格明子就会在纳米轨道的边界湮灭。在基于磁斯格明子的赛道存储器中，数据读取的快慢取决于斯格明子的运动速度，信息的有效性取决于斯格明子是否能够稳定的在纳米轨道上运动。因此，克服斯格明子效应的影响并且保持斯格明子能在纳米轨道上保持稳定地高速运动是基于磁斯格明子赛道存储器需要解决的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提出一种基于磁斯格明子的赛道存储器，用纳米管轨道替换传统的平面纳米轨道，旨在通过消除边界本身而避免了斯格明子运动到边界消失。由于管状结构是一个闭合的几何曲面，在电流的驱动下，斯格明子在纳米管上会沿着螺旋的轨迹运动。使用纳米管结构作为赛道存储器的轨道，在加大电流时，斯格明子可以在轨道上保持稳定地高速运动，这极大地提高了基于磁斯格明子的赛道存储器的稳定性。为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：一种基于磁斯格明子的赛道存储器，包括磁性纳米管轨道，所述纳米管轨道沿其轨道方向依次分为信息写入部分，信息存储部分，信息读取部分；利用磁斯格明子的有无来表示二进制数“1”和“0”，有磁斯格明子代表“1”，反之代表“0”，所述的磁斯格明子在所述信息写入部分产生，随后在电流的驱动下沿着纳米管轨道运动进入信息存储部分，经过所述信息存储部分后进入所述信息读取部分读取数据。作为优选方式，在单个写入周期内，在所述的信息写入部分的磁性隧道结注入第一电流，第一电流的方向垂直于磁性纳米管表面向内，第一电流首先经过固定层被极化成自旋极化电流，其自旋方向与固定层磁矩的自旋方向相同，当第一电流电流流到纳米管轨道时，在纳米管的信息写入部分的位置产生磁斯格明子，进而表示二进制数“1”，反之表示二进制数“0”，所述的第一电流根据写入的逻辑需要来决定在每一个写入周期内是否施加电流。作为优选方式，所述的信息写入部分是在纳米管一端的外表面套接一个半环形的磁隧道结MTJ。作为优选方式，在单个写入周期结束后进入单个传输周期，在单个传输周期内，在所述的纳米管轨道中注入沿着纳米管轨道方向的第二电流，磁斯格明子在第二电流的驱动下沿着纳米管轨道运动，进入所述的信息存储部分，从而进行单个比特信息的存储，所述的第二电流为周期性的自旋极化脉冲电流，其周期为斯格明子从一个存储单元的位置运动到下一个存储单元位置的时间，其施加的时间在每一个写入周期之后。作为优选方式，磁斯格明子在第二电流的驱动下，在纳米管上沿着螺旋的轨迹运动，其角向上的速度随着纳米管的厚度增加而增加。作为优选方式，信息存储部分沿着纳米管轨道分为多个存储单元，每个存储单元存储一个比特的信息，对应于在每个存储单元位置磁斯格明子的有无状态。作为优选方式，在单个读取周期内，在所述的信息读取部分的磁性隧道结垂直于纳米管表面的方向向内注入第三电流，通过检测信息读取部分的隧道磁阻的变化，进而判断是否有斯格明子经过，有斯格明子经过信息读取部分的纳米管轨道时，为高阻态，反之为低阻态。作为优选方式，所述的信息读取部分是在纳米管远离信息写入部分的一端套接一个圆环状的磁隧道结，通过检测磁阻的变化来探测是否有斯格明子通过。作为优选方式，所述的磁性纳米管所用的材料为具有块体DM相互作用的磁性块体材料，并且各向异性的方向垂直于纳米管表面向外。作为优选方式，磁性纳米管所用的材料为具有原子结构反演对称破缺的B20块体材料，选自MnSi，FeGe，FeCoSi，Cu2OSeO3，MnGe，形成的斯格明子为布洛赫型的斯格明子，磁性纳米管具有沿着径向的各向异性方向。本专利技术的有益效果为：(1)传统的基于磁斯格明子的赛道存储器的轨道是平面纳米带结构，在用电流驱动斯格明子时，由于存在斯格明子霍尔效应，斯格明子会偏离纳米带轨道运动，在触碰到纳米带的边界时，斯格明子会在边界湮灭，造成信息丢失或误读。本专利技术用纳米管结构替代平面纳米带结构，由于纳米管结构是一个闭合的曲面，即使施加很大的电流，斯格明子仍可以稳定地在纳米管上传输。(2)相比于过去的基于磁畴壁类型的赛道存储器，本专利技术提出的基于磁斯格明子在纳米管上的赛道存储器具有较高的信息存储密度以及稳定性。(3)本专利技术的赛道存储器具有很高的读写速度，当电流密度为1013A/m2时，斯格明子在纳米管上的轴向传播运动速度可以达到2000m/s。(4)本专利技术提出的在纳米管上运动的斯格明子的角速度与纳米管的厚度有关，例如，在固定纳米管外半径，减小纳米管内半径时，斯格明子的角速度增加，这一性质是在平面纳米带结构中所不具备的。附图说明图1为实例中的基于磁斯格明子的纳米管赛道存储器，有斯格明子代表二进制数“1”，反之代表“0”。2为信息写入部分，3为信息存储部分，4为信息读取部分，5为半环形的磁隧道结，6为圆环状的磁隧道结，7为磁性纳米管轨道。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。一种基于磁斯格明子的赛道存储器，包括磁性纳米管轨道，所述纳米管轨道沿其轨道方向依次分为信息写入部分，信息存储部分，信息读取部分；利用磁斯格明子的有无来表示二进制数“1”和“0”，有磁斯格明子代表“1”，反之代表“0”，所述的磁斯格明子在所述信息写入部分产生，随后在电流的驱动下沿着纳米管轨道运动进入信息存储部分，经过所述信息存储部分后进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁斯格明子的赛道存储器，其特征在于：包括磁性纳米管轨道，所述纳米管轨道沿其轨道方向依次分为信息写入部分，信息存储部分，信息读取部分；利用磁斯格明子的有无来表示二进制数“1”和“0”，有磁斯格明子代表“1”，反之代表“0”，所述的磁斯格明子在所述信息写入部分产生，随后在电流的驱动下沿着纳米管轨道运动进入信息存储部分，经过所述信息存储部分后进入所述信息读取部分读取数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁斯格明子的赛道存储器，其特征在于：包括磁性纳米管轨道，所述纳米管轨道沿其轨道方向依次分为信息写入部分，信息存储部分，信息读取部分；利用磁斯格明子的有无来表示二进制数“1”和“0”，有磁斯格明子代表“1”，反之代表“0”，所述的磁斯格明子在所述信息写入部分产生，随后在电流的驱动下沿着纳米管轨道运动进入信息存储部分，经过所述信息存储部分后进入所述信息读取部分读取数据。2.根据权利要求1所述的基于磁斯格明子的赛道存储器，其特征在于：在单个写入周期内，在所述的信息写入部分的磁性隧道结注入第一电流，第一电流的方向垂直于磁性纳米管表面向内，第一电流首先经过固定层被极化成自旋极化电流，其自旋方向与固定层磁矩的自旋方向相同，当第一电流电流流到纳米管轨道时，在纳米管的信息写入部分的位置产生磁斯格明子，进而表示二进制数“1”，反之表示二进制数“0”，所述的第一电流根据写入的逻辑需要来决定在每一个写入周期内是否施加电流。3.根据权利要求1所述的基于磁斯格明子的赛道存储器，其特征在于：所述的信息写入部分是在纳米管一端的外表面套接一个半环形的磁隧道结MTJ。4.根据权利要求1所述的基于磁斯格明子的赛道存储器，其特征在于：在单个写入周期结束后进入单个传输周期，在单个传输周期内，在所述的纳米管轨道中注入沿着纳米管轨道方向的第二电流，磁斯格明子在第二电流的驱动下沿着纳米管轨道运动，进入所述的信息存储部分，从而进行单个比特信息的存储，所述的第二电流为周期性的自旋极化脉冲电流，其周期为斯格明子从一个存储单元的位置运动到...

【专利技术属性】
技术研发人员：严鹏，曹云珊，王小凡，王宪思，汪晨，杨欢欢，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51