二维四方铁磁材料及其制备方法、存储单元及调控存储单元识别存储数据的方法技术

本发明专利技术涉及信息存储技术领域，尤其涉及二维四方铁磁材料、存储单元及调控存储单元的存储数据的方法。本发明专利技术提供了一种二维四方铁磁材料，所述二维四方铁磁材料为FeCl，空间群为NO.129：P4/nmm，晶格参数为a＝b＝0.355nm，c＝1.826nm。所述二维四方铁磁材料在作为存储单元的铁磁材料层的材料时可以降低能耗，有利于提高存储单元的存储密度和可靠性以及实现柔性化。

【技术实现步骤摘要】
二维四方铁磁材料及其制备方法、存储单元及调控存储单元识别存储数据的方法
本专利技术涉及信息存储
，尤其涉及二维四方铁磁材料及其制备方法、存储单元及调控存储单元识别存储数据的方法。
技术介绍
存储器在人们的生产、生活中应用非常广泛，主要是通过某种介质进行信息和数据等的存储。现在通用的存储器件主要是基于二进制来进行数据存储的。一般情况下，人们都通过外场来对存储介质的某种性质进行调控，通过对介质某种性能的测试来识别所存储的数据。存储介质多种多样，包括磁性介质、电介质、铁电介质和铁磁介质等等。为了提高存储数据的可靠性，存储介质的物理体积总需要维持在一定的范围内。然而，随着科技水平的高速发展，信息存储的需求越来越大，要求存储器件的整体体积更小，可靠性更高，同时要求存储器件功耗更低，设置能够实现柔性化，以适应柔性化器件发展的趋势。虽然基于传统磁性介质、电介质、铁电介质和铁磁介质的存储器件可以通过三维叠层的方法进一步提高存储密度，减小高密度存储器件的物理体积，但其远不能满足人们的实际需求以及未来科技发展的需要。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了二维四方铁磁材料、存储单元及调控存储单元识别存储数据的方法，所述二维四方铁磁材料在作为存储单元的铁磁材料层的材料时可以降低能耗，有利于提高存储单元的存储密度和可靠性以及实现柔性化。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下具体技术方案：本专利技术提供了一种二维四方铁磁材料，所述二维四方铁磁材料为FeCl，空间群为NO.129：P4/nmm，晶格参数为a＝b＝0.355nm，c＝1.826nm。优选的，所述二维四方铁磁材料中Fe原子的缺失<1％，Cl原子的缺失<1％。优选的，所述二维四方铁磁材料的内部应变值为-10％～10％；所述二维四方铁磁材料的横向尺寸≥0.72nm；所述横向与a轴所在方向相同。本专利技术还提供了上述技术方案所述的二维四方铁磁材料的制备方法，包括以下步骤：在衬底上沉积Fe原子层，得到Fe原子包覆的衬底；在初始压力为8～12个大气压的条件下，将所述Fe原子包覆的衬底与氯气在950～1050℃反应后，去除衬底，得到所述二维四方铁磁材料。本专利技术还提供了一种存储单元，包括衬底1、第一绝缘层2、二维四方铁磁材料层3、第一电极层4、第二电极层5、第二绝缘层6和纳米导线层7；所述二维四方铁磁材料层3、第一电极层4和第二电极层5位于同一层；所述第一电极层4和第二电极层5的间距为≥0.72nm；所述衬底1、第一绝缘层2、二维四方铁磁材料层3、第二绝缘层6和纳米导线层7依次层叠设置；所述二维四方铁磁材料层3中的二维四方铁磁材料为上述技术方案所述的二维四方铁磁材料或由上述技术方案所述的制备方法制备得到的二维四方铁磁材料。优选的，所述第一绝缘层2和第二绝缘层6中的材料的禁带宽度与所述二维四方铁磁材料层中的二维四方铁磁材料的最大禁带宽度之比独立地≥2。优选的，所述第一绝缘层2和第二绝缘层6的材料独立地为氧化铪、氧化硅、氮化硼、氧化钛、氧化铝、氧化镁、云母、钛酸锶、钛酸铅、钛酸钡、钛酸铋钠、铁酸铋、铁酸镥、氧化镓和氧化钡中的一种或几种。优选的，所述第一电极层4和第二电极层5的材料独立地为石墨烯、掺杂石墨烯、金、银、铜、铁、铝、铂、镍、钛和锌中的一种或几种。优选的，所述纳米导线层7的材料为石墨烯、掺杂石墨烯、金、银、铜、铁、铝、铂、镍、钛、锌、铜氧超导体、铁基超导体和硼化镁超导体中的一种或几种。本专利技术还提供了一种调控存储单元识别存储数据的方法，包括以下步骤：将所述纳米导线层7通入脉冲电流产生磁场，改变所述二维四方铁磁材料层中二维四方铁磁材料的电子自旋方向，使二维四方铁磁材料的禁带宽度在0eV～1.2eV范围内变化；在所述第一电极层4和第二电极层5之间施加0.1～500mV的电压，测量电流值，并通过电流值来识别所述存储单元的存储数据；所述存储单元为上述技术方案所述的存储单元。本专利技术提供了一种二维四方铁磁材料，所述二维四方铁磁材料为FeCl，空间群为NO.129：P4/nmm，晶格参数为a＝b＝0.355nm，c＝1.826nm。所述二维四方铁磁材料可以通过外加磁场改变其内部电子的自旋方向，使二维四方铁磁材料电子自旋向上的状态是电子自旋向上的数量大于电子自旋向下的数量，二维四方铁磁材料电子自旋向下的状态是自旋向下的数量大于电子自旋向上的数量，该种材料能够在单层状态下保持其自旋极化状态，在-10％～10％的应变范围内能够保持性能稳定，对提高存储单元的可靠性和实现器件的柔性化具有重要的作用；且采用所述二维四方铁磁材料作为铁磁层的存储单元，在施加微小的电压即可读取存储的数据，微小电压降低了器件的能耗。本专利技术提供了一种存储单元，包括衬底1、第一绝缘层2、二维四方铁磁材料层3、第一电极层4、第二电极层5、第二绝缘层6和纳米导线层7；所述二维四方铁磁材料层3、第一电极层4和第二电极层5位于同一层；所述第一电极层4和第二电极层5的间距≥0.72nm；所述衬底1、第一绝缘层2、二维四方铁磁材料层3、第二绝缘层6和纳米导线层7依次层叠设置；所述二维四方铁磁材料层3中的二维四方铁磁材料为上述技术方案所述的二维四方铁磁材料或由上述技术方案所述的制备方法制备得到的二维四方铁磁材料。本专利技术提供的存储单元中除了采用所述二维四方铁磁材料作为存储单元的铁磁材料层以外，还同时采用双绝缘结构能够极大的减小存储单元的纵向漏电流，进一步降低能耗。本专利技术还提供了一种调控存储单元识别存储数据的方法，包括以下步骤：将所述纳米导线层7通入脉冲电流产生磁场，改变所述二维四方铁磁材料层中二维四方铁磁材料的电子自旋方向，使二维四方铁磁材料的禁带宽度在0eV～1.2eV范围内变化；在所述第一电极层4和第二电极层5之间施加0.1～500mV的电压，测量电流值，并通过电流值来识别所述存储单元的存储数据；所述存储单元为上述技术方案所述的存储单元。由于本专利技术所述的存储单元中的二维四方铁磁材料的矫顽磁场很小，在纳米导线中施加脉冲电流就可以改写二维四方铁磁材料中的自旋方向，实现电控磁的过程，进而很容易实现存储单元中数据的存储与擦写。在施加电压读取二维四方铁磁材料中存储的数据，且二维四方铁磁材料的禁带宽度变窄时，其电导率提高，电流值较大为一个存储态；当二维四方铁磁材料的禁带宽度变宽时，其电导率降低，电流值较小为一个存储态。附图说明图1为本专利技术提供的二维四方铁磁材料的3×3×1超胞的俯视图和侧视图，其中(a)为俯视图，(b)为侧视图；图2为本专利技术提供的二维四方铁磁材料的在呈现自旋向上和自旋向下的能带图，其中(a)为自旋向上的能带图，(b)为自旋向下的能带图；图3为本专利技术提供的二维四方铁磁材料在呈现自旋向下的状态能带图，其中(a)为考虑自旋轨道耦合的能带图，(b)为不考虑自旋轨道耦合的能带图；图4为本专利技术提供的存储单元的结构示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维四方铁磁材料，其特征在于，所述二维四方铁磁材料为FeCl，空间群为NO.129：P4/nmm，晶格参数为a＝b＝0.355nm，c＝1.826nm。/n

【技术特征摘要】
1.一种二维四方铁磁材料，其特征在于，所述二维四方铁磁材料为FeCl，空间群为NO.129：P4/nmm，晶格参数为a＝b＝0.355nm，c＝1.826nm。


2.如权利要求1所述的二维四方铁磁材料，其特征在于，所述二维四方铁磁材料中Fe原子的缺失<1％，Cl原子的缺失<1％。


3.如权利要求1或2所述的二维四方铁磁材料，其特征在于，所述二维四方铁磁材料的应变值为-10％～10％；
所述二维四方铁磁材料的横向尺寸≥0.72nm；
所述横向尺寸中的横向方向与所述二维四方铁磁材料的晶格中a轴所在方向相同。


4.权利要求1～3任一项所述的二维四方铁磁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在衬底上沉积Fe原子层，得到Fe原子包覆的衬底；
在初始压力为8～12个大气压的条件下，将所述Fe原子包覆的衬底与氯气在950～1050℃反应后，去除衬底，得到所述二维四方铁磁材料。


5.一种存储单元，其特征在于，包括衬底(1)、第一绝缘层(2)、二维四方铁磁材料层(3)、第一电极层(4)、第二电极层(5)、第二绝缘层(6)和纳米导线层(7)；
所述二维四方铁磁材料层(3)、第一电极层(4)和第二电极层(5)位于同一层；所述第一电极层(4)和第二电极层(5)的间距≥0.72nm；
所述衬底(1)、第一绝缘层(2)、二维四方铁磁材料层(3)、第二绝缘层(6)和纳米导线层(7)依次层叠设置；
所述二维四方铁磁材料层(3)中的二维四方铁磁材料为权利要求1～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯鹏飞，刘云霞，周攀，杨琼，孙立忠，欧阳晓平，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43