用于在铁磁导管中移动磁畴壁的驱动系统和方法技术方案

本发明专利技术描述了一驱动系统及通过一铁磁导管实现磁畴壁移动的方法，其中振荡电流从一振荡电流源通过至少两个能够与导管上至少两个间隔开的点作电连接的电接触点流经导管。本发明专利技术的铁磁导管包括一长的铁磁元件，它形成能够支持并移动磁畴壁的磁性材料的连续路径，并且，这种在串行阵列中的驱动系统还可以通过设置节点和／或方向的改变而用作磁逻辑元件，结果能进一步实现逻辑功能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及提供一种驱动系统及在磁逻辑系统中通过一导管使磁畴壁移动的方法，并涉及一种磁逻辑系统以及运行具有此驱动系统的这种磁逻辑系统的方法。(2)
技术介绍
国际专利申请WO02/41492中描述了一种用于数字逻辑的新系统，该数字逻辑新系统使用可使磁畴壁或孤立子(孤子)沿着光刻技术形成的磁导管通过。该导管是用静磁互作用的多个单畴粒子的网络形成或用连续的亚微米宽度的铁磁材料的磁道形成的。在传统的微电子数字逻辑中。两个布尔(逻辑)状态″1″及″0″是由以高电压及低电压给以信号的。在上述专利申请中提出的毫微米磁逻辑方案中，该两个布尔状态由导管中的磁化方向发出信号。传统的微电子系统是通过沿着一段长度的导电互连传送一电位的上升或下降边沿来传送从芯片上的一点到另一点的布尔状态的改变。电传导材料的一种性质是，这种势能的改变按照一波方程要求，因此，上升边沿或下降边沿不需要直接的推动。在上述专利提出的毫微米磁逻辑方案中，其中一个实施例的布尔状态的改变是通过磁导管传送磁畴壁来进行的。然而与电情况不同，由于边沿缺陷等情况的制约，磁畴壁是不能自己推动的，因此必需由一个力明显地加以推动或迁移。在上述专利申请中，提出了力必须出自随时间旋转的磁场，此旋转磁场也起到系统的同步时钟的作用。虽然旋转磁场在推动磁畴壁中是非常有效的，但必须产生这样的磁场是不方便的，因为通常必须使用相对高的电流和庞大的线圈。在便携式装置中应用时，例如在膝上计算机及移动电话中应用时就带来了问题，因为在这些应用场合，产生旋转磁场所需要的电源对能力有限的电池来说是一个太大的、不胜负担的电力消耗。因此，人们希望有一种驱动系统和一种方法来在这样一种逻辑系统中移动磁畴壁，以及有一种磁逻辑系统及运行包括该驱动系统的磁逻辑系统的方法。所述系统和方法不需要用到如上述专利中那样在外部高能输入产生的磁驱动场。如果该逻辑系统要在电力能力有限的便携式装置中使用，就特别要求不能用需要高能的输入的办法。(3)
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种驱动系统及一种在磁逻辑系统中通过一铁磁导管来移动磁畴壁的方法，以及提供一种磁逻辑系统及运行包括上述驱动系统等的系统的方法。本专利技术可以缓解已有技术系统的某些缺点，特别是它在沿着导管移动磁畴壁时可以减少移动磁畴壁所需的输入能量。本专利技术的另一个目的是提供一种与上述已有技术不同的驱动系统和方法，尤其是提供一种系统和方法，不需要使用变化的磁场。因此，按照本专利技术的第一方面，例如在上述专利申请中所述的逻辑系统中的磁畴壁可通过一铁磁导管移动的驱动系统，它包括至少适于与至少两个在铁磁导管上的至少两个间隔点作电连接的电接触点以及包括一向之供应振荡电流的一电流源，以在使用中通过上述接触点而把振荡电流流过该导管。业已发现，如此施加的电流对推动磁畴壁沿着铁磁材料的连续路径移动以及提供一同步时钟而无需任何外加磁场是有效的。因此，采用本专利技术的装置或器件比起使用一外加磁场来说体积上可以较小而且使用的能量也可能较少。虽然本专利技术不一定要限于任一专门理论，但是我们认为所加的电流在推动磁畴壁沿着铁磁材料的连续路径移动是有效的，因为存在着一种“自旋转移效应”。有两篇重要的科学文章论述了这一理论，这两篇文章一篇是1996年公布的Slonczewski(J.C.Slonczewski，J.Magn.magn.Mater.159，LI(1996))的文章，一篇是Berger(L.Berger，Phys.Rev.B54，9353(1996))的文章。文章中使用了略有不同的形式论，每一篇文章中都预言(预计)，如果有一个电流在两个铁磁层之间通过，那么导电电子将在一层中变成自旋偏振(极化)，使导电电子对另一层铁磁层施加一个转矩。此转矩称为自旋转移转矩，因为此转矩来自从一层转移到另一层的导电电子的自旋。第一个验证这个预言的是在1999年由Myers等人(E.B.Myers，D.C.Ralph，J.A.Katine，R.N.Louie，R.A Buhrman，Science285,867(1999))进行的。他们成功地实现了包括一磁自旋阀的两个铁磁层之一的磁转移，办法是在两磁层之间简单地通过一个电流。虽然在实现一显著的自旋转移效应时需要一很高的电流密度，但由于器件的截面积小(一般100nm×100nm)，意味着实际用的电流是非常小的，并且大大地小于为外加磁场线圈所提供的、实现通过一传统磁场进行同样的转移所需要的电流。在此必需强调的是，自旋转移是一新的、非经典的效应，不涉及到磁场的产生。Ralph(D.Ralph)Science291,999(2001)已对自旋转移作了一简短的综述。根据本专利技术，可以借助该自旋转移效应，通过一流经电流对磁畴壁施加一移动力，此移动力可以在毫微米磁逻辑器件中沿着磁畴壁导管推动磁畴壁。导电电子将在磁畴壁一侧的均匀磁化区内变成自旋极化。当导电电子通过壁时，此自旋偏振(极化)使在壁中心的自旋进动，并使壁沿电子流方向移动(即与普通电流相反的方向)。如果磁畴壁是在一宽度不到1μm，厚度不到50nm的导管内，移动此磁畴壁所需要的电流是非常小的(一般在1mA或1mA以下)。而通过传统方法用产生足够大的传统磁场(用带状线磁场线圈)来移动同样的磁畴壁时需要的电流一般是1A。从这一点可看出，本专利技术与现有技术提出的旋转磁场相比，可以大大提高效率，大量地减少功率需求，基于逻辑制成的器件要有效的多，对小型的便携式装置或其他电源供应有限的装置就更为实用。电流源适宜于把振荡电流供应给电接触(点)，因此使用电接触点以使振荡电流通过铁磁导管。本专利技术的优点是此电流可以相对较低，即低于100mA，较好时可能低于10mA。振荡的频率是千赫兹到几百MHz，例如在1千赫兹到1G赫兹之间，更具体些是在20KHz到500MHz。可以使用任何合适的振荡波形，其中包括正弦波形，三角波形，或者正方波形或位序列等等。在本专利技术的另一个方面，本专利技术包括一用于磁逻辑系统的铁磁导管，它包括一长的铁磁元件，该元件形成为一能够支持及移动磁畴壁的磁性材料的连续路径，具体说是一大致上长的平面形的薄层铁磁结构；以及一驱动系统，该驱动系统包括一如上所述的串行阵列的电接触点，它们沿着导管长度或一部分长度彼此间隔地设置。该导管因此例如是国际专利申请WO02/41492所描述的导管结构之一，该国际专利申请的内容纳入本文以供参考。在串行阵列中的接触点可以是例如均匀地间隔开的，以避免在不同相邻对之间产生电阻(阻力)的不连续性，或者接触点可以是不规则地间隔开，或者可以呈现某一不均匀的间隔方式以产生所需的效应，例如以引入、增加或改变导管中例如与合适的结构特征相关的不连续性，以实现某一特定的逻辑动能等等。有至少两个电接触点可以适宜于与沿着铁磁导管的至少两个间隔开的点进行电连接，从而使电流沿着导管通过，并使一磁畴壁在其间作纵向移动。该至少两个电接触点设置在导管上以使电流沿着导管纵向流动。最好，每一驱动接触包括一接触件，该接触件横向地穿过路径或横向地穿过路径的一部分。在一较佳实施例中，该驱动系统包括如上所述沿着导管的长度或一部分长度的一串行阵列的驱动接触点，其中电流源可以为每一导管以这样的方式提供振荡电流即供应的振荡电流在阵列的相邻件之间连续有序地进行相移以沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于移动磁畴壁通过一铁磁导管的驱动系统，其特征在于，该驱动系统包括至少两个电接触或电接触点，该电接触点可以与铁磁导管上至少两个间隔开的点作电连接；以及一电流源，用以为之提供振荡电流，并通过使用所设置的接触点使振荡电流流过该导管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2003-2-28 0304610.91.一种用于移动磁畴壁通过一铁磁导管的驱动系统，其特征在于，该驱动系统包括至少两个电接触或电接触点，该电接触点可以与铁磁导管上至少两个间隔开的点作电连接；以及一电流源，用以为之提供振荡电流，并通过使用所设置的接触点使振荡电流流过该导管。2.如权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，电流源可以提供高达100mA的振荡电流。3.如权利要求1或2所述的驱动系统，其特征在于，该电流源可提供振荡频率在1kHz到1GHz之间的振荡电流。4.一种用于磁逻辑系统的铁磁导管，其特征在于，该铁磁导管包括一形成磁材料的连续路径的长铁磁元件，它能够支持和移动一磁畴壁；以及一驱动系统，它包括一串行阵列的如上述权利要求之一所述的电接触点，这些电接触点沿着导管的长度或导管的一部分间隔开地设置。5.如权利要求4所述的导管，其特征在于，所述串行阵列中的接触点是均匀地间隔开的。6.如权利要求4或5所述的铁磁导管，其特征在于，所述电接触点设置在导管上，用以提供电流，使电流大致上沿着导管纵向流动。7.如权利要求4-6之一所述的铁磁导管，其特征在于，每一驱动接触点包括一接触件，该接触件横向穿过导管路径或导管路径的一部分。8.如权利要求4-7之一所述的铁磁导管，其特征在于，所述电流源适于以这样的方式为阵列中的每一接触件提供振荡电流该电流是在阵列的相邻件之间以连续顺序的相移方式提供的，以沿着所述长度完成至少一个360°的循环。9.如权利要求8所述导铁磁管，其特征在于，按顺序依次供应给每个接触点的振荡电流具有相同的幅度、频率及波形，只是相位有所不同。10.如权利要求8或9所述的铁磁导管，其特征在于，所述串行阵列中的接触点包括多个以叉指形式连接的不同组，每一组包括具有同一电流供应的一个或多个接触点，各电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：RP考波恩，
申请(专利权)人：印吉尼技术有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]