一种基于磁相变逻辑信号源的运算器制造技术

本发明专利技术涉及信息技术逻辑器件技术领域，尤其涉及一种基于磁相变逻辑信号源的运算器。所述运算器以二维材料的磁相变作为逻辑信号源，用于执行算术运算或逻辑运算。所述二维材料选自石墨烯、第四主族石墨烯类似物和第四主族元素的蜂窝状二元化合物中的一种或几种。本发明专利技术以能发生磁相变的石墨烯等二维材料为基础，极大的缩小了器件的尺寸；原料来源广泛，成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁相变逻辑信号源的运算器
本专利技术涉及信息技术逻辑器件
，尤其涉及一种基于磁相变逻辑信号源的运算器。
技术介绍
电子具有电荷和自旋两种基本属性。电子的电荷属性能够广泛应用在集成电路设计中。随着电子器件越来越小，硅基材料逐渐达到了其物理极限，摩尔定律逐渐失灵。寻找一种体积更小的逻辑信号源成为突破限制的最有效方法之一。2000年日本学者利用单个电子作为信号源，又有光学计算机利用光信号作为信息运算，但这些信号源操作难度系数较大，成本较高，所以有必要探寻其他的信号源。2004年石墨烯的成功制备，颠覆了科学家对二维材料不能存在的观念，掀起了研究石墨烯及其他二维材料的热潮。二维材料只有分子层大小，可以有效的突破硅基器件的物理极限。石墨烯因其独特的性能引起了人们的广泛关注，特别是在磁结构、磁序、磁矩、铁磁性和反铁磁性等方面进行了广泛的研究。众所周知，理想的石墨烯是非磁性的，有很多方法可以诱导磁性，如利用载流子掺杂、原子缺陷、晶界、空位、氢化学吸附等。但是，迄今为止，基于石墨烯的信息运算尚未报道。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种成本低、尺寸小的基于磁相变逻辑信号源的运算器。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于磁相变逻辑信号源的运算器，所述运算器以二维材料的磁相变作为逻辑信号源，用于执行算术运算或逻辑运算。本专利技术的运算器可以执行算术运算(包括加减乘除等基本运算及其附加运算)和逻辑运算(包括移位、逻辑测试或两个值比较)。运算单元接受控制单元的命令而进行动作，即运算单元所进行的全部操作都是由控制单元发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件。作为优选，所述二维材料为能够发生磁相变的二维材料。作为优选，所述二维材料选自石墨烯、第四主族石墨烯类似物(半金属硅烯、锗烯)和第四主族元素的蜂窝状二元化合物(如SiC、SnGe)中的一种或几种。作为优选，所述二维材料的磁相变发生条件为：通过调控二维材料的电子掺杂浓度(电子掺杂须为低掺杂)，并施加应力。作为优选，施加应力的方向为扶手椅形方向或锯齿形方向。本申请所述二维材料优选为石墨烯，本申请研究发现石墨烯在低掺杂条件下发生磁相变，而这种磁相变，可作为逻辑信号源进行逻辑运算。石墨烯晶格排列成六边形结构，可以看作是两个三角晶格组合而成，每个单元有两个原子。紧束缚哈密顿量为：第一项为最近邻跳跃哈密顿量，第二项为库仑排斥相互作用。t(≈2.6eV)是最近邻跳跃积分，表示在子格A(同子格B)上以自旋σ(σ＝↑，↓)湮灭(产生)一个电子。是电子数算符，μ是由电子数密度决定的化学势，p是电子掺杂浓度。石墨烯有两种边界条件，扶手椅边界和锯齿形边界。应力可以改变最近邻跳跃积分，从而改变哈密顿量，最终导致能量发生变化。但是单纯的施加应力并不能使石墨烯发生磁相变。本专利技术提供了一种应力和掺杂电子共同驱动的方式，使石墨烯发生磁相变，即边界反铁磁关联态到边界铁磁关联态的交替相变。并将其作为运算器的逻辑信号源，将石墨烯的边界铁磁关联态和边界反铁磁关联态分别代表逻辑开和逻辑闭(反之亦可)，再将逻辑开闭信号定义为数字信号0和1，代替传统的电路通断进行运算器的工作。作为优选，施加应力的方向为扶手椅形方向，应力大小控制在0.05～0.2，掺杂度控制在0.025～0.075。作为优选，施加应力的方向为锯齿形方向，应力大小控制在0.4～0.5，掺杂度控制在0.01～0.08。作为优选，所述逻辑信号源包括边界铁磁关联态和边界反铁磁关联态；将边界铁磁关联态定义为逻辑开，将边界反铁磁关联态定义为逻辑闭；或：将边界反铁磁关联态定义为逻辑开，将边界铁磁关联态定义为逻辑闭。作为优选，分别将逻辑开和逻辑闭定义为数字信号0和1作为逻辑信号。作为优选，以一组逻辑信号进行二进制算术运算或逻辑运算(或存储)。作为优选，以三组逻辑信号进行八进制算术运算或逻辑运算(或存储)。因此，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供了一种基于磁相变逻辑信号源的运算器，以能发生磁相变的石墨烯等二维材料为基础，极大的缩小了器件的尺寸；原料来源广泛，成本低。附图说明图1是石墨烯的结构示意图。图2是实施例1中沿扶手椅形方向施加应力的石墨烯磁相图。图3是实施例2中沿锯齿形方向施加应力的石墨烯磁相图。图4是磁相变信号源示意图。具体实施方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。在本专利技术中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。实施例1-3的逻辑信号源的产生以石墨烯为基础结构，图1为石墨烯结构示意图。最近邻向量为：如图1所示，石墨烯有两种边界：扶手椅边界(x方向)和锯齿形边界(y方向)。应力可以改变石墨烯的自由能，因为应力可以改变最近邻矢量，沿扶手椅方向施加应力，最近邻向量变化为：沿锯齿形方向施加应力，最近邻向量变化为：ε代表应力，τ≈0.165是石墨烯的泊松比，通过归一化得到哈密顿量为：和分别代表受到应力影响后的跳变积分，a和b分别是A和B子格中的电子湮没算符。以同一子格中相邻原子之间的距离为单位。有效化学式为给定位置上的电子数和磁矩分别定义为和实施例1逻辑信号源的产生以石墨烯为基础结构，沿石墨烯扶手椅形方向施加应力，应力稳定在较小的Δ＝0.05附近，改变电子掺杂浓度，分别控制在p＝0.025和p＝0.075附近，使石墨烯发生如图2所示磁相变。如图4石墨烯磁相变信号源运算器所示，当掺杂为0.025时，石墨烯表现出边界铁磁关联态，将此信号定义为逻辑开。当掺杂为0.075时，石墨烯表现出边界反铁磁关联态，将此信号定义为逻辑闭(将边界铁磁关联态定义为逻辑闭，边界反铁磁关联态定义为逻辑开亦可)。将逻辑开关信号处理成0、1信号，即逻辑开定义为1，逻辑闭定义为0。最后将接收到的0、1信号根据指令进行二进制逻辑运算或存储。实施例2逻辑信号源的产生以石墨烯为基础结构，沿石墨烯锯齿形方向施加应力，应力稳定在Δ＝0.45，改变电子掺杂浓度，分别控制在p＝0.04和p＝0.06附近，使石墨烯发生磁相变如图3所示。如图4石墨烯磁相变信号源运算器所示，当掺杂为0.04时，石墨烯表现出边界铁磁关联态，将此信号定义为逻辑开。当掺杂为0.06时，石墨烯表现出边界反铁磁关联态，将此信号定义为逻辑闭(将边界铁磁关联态定义为逻辑闭，边界反铁磁关联态定义为逻辑开亦可)。将逻辑开关信号处理成0、1信号，即逻辑开定义为1，逻辑闭定义为0(反之亦可)。最后将接收到的0、1信号根据指令进行二进制逻辑运算或存储。实施例3逻辑信号源的产生以石墨烯为基础结构，沿石墨烯锯齿形方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁相变逻辑信号源的运算器，其特征在于，所述运算器以二维材料的磁相变作为逻辑信号源，用于执行算术运算或逻辑运算。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于磁相变逻辑信号源的运算器，其特征在于，所述运算器以二维材料的磁相变作为逻辑信号源，用于执行算术运算或逻辑运算。


2.根据权利要求1所述的运算器，其特征在于，所述二维材料为能够发生磁相变的二维材料。


3.根据权利要求1所述的运算器，其特征在于，所述二维材料选自石墨烯、第四主族石墨烯类似物和第四主族元素的蜂窝状二元化合物中的一种或几种。


4.根据权利要求3所述的运算器，其特征在于，所述二维材料的磁相变发生条件为：通过调控二维材料的电子掺杂度，并施加应力。


5.根据权利要求4所述的运算器，其特征在于，施加应力的方向为扶手椅形方向或锯齿形方向。


6.根据权利要求5所述的运算器，其特征在于，施加应力的方向为扶手椅形方向，应力大小控制在0.05~0.2，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪峰，任文玲，陈文潮，刘先国，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33