一种微米尺度的自旋波逻辑器件制造技术

本发明专利技术公开了一种微米尺度的自旋波逻辑器件，涉及自旋波逻辑器件技术领域，包括自旋波逻辑器件，所述自旋波逻辑器件包括激发微带天线，其上方的短矩形区域设有接收天线，自旋波逻辑器件的凹面内侧设置有电压调控区，在自旋波逻辑器件的外缘处设置有弯曲畴壁波导，弯曲畴壁波导基于布洛赫型畴壁波导结构设计为成弧形结构，形成弯曲的布洛赫型畴壁通道传输自旋波，使自旋波在畴壁能相互干涉。将该移相器应用到其他自旋波逻辑器件中，能量消耗小，操作简单，未来有潜力应用到各类磁振子逻辑系统中。统中。统中。

【技术实现步骤摘要】
一种微米尺度的自旋波逻辑器件


[0001]本专利技术涉及自旋波逻辑器件
，具体为一种微米尺度的自旋波逻辑器件。

技术介绍

[0002]逻辑器件是组成电子计算机所需的各种逻辑功能电路的重要组成单元，逻辑器件性能的优良与整个逻辑电路的可靠性密切相关。随着元器件的尺寸降低至微米尺度，信息处理以及传输单元的小型化对低功耗的要求愈加迫切，数据的并行处理、逻辑单元与存储单元之间信息的相互交换以及可重构的逻辑功能的实现越来越重要。
[0003]而在传统的基于硅的器件中，由于载体电子或空穴在移动的过程中会不可避免地发生能量耗散，并且随着器件尺寸的降低，能量损耗更加严重，因此，现有的逻辑器件已经不能满足最小化功耗的要求。譬如，平面型互补金属氧化物半导体的扩展路径在性能和功耗方面将面临严峻的考验。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种微米尺度的自旋波逻辑器件，包括自旋波逻辑器件，所述自旋波逻辑器件包括激发微带天线，其上方的短矩形区域设有接收天线，自旋波逻辑器件的凹面内侧设置有电压调控区，在自旋波逻辑器件的外缘处设置有弯曲畴壁波导，弯曲畴壁波导基于布洛赫型畴壁波导结构设计为成弧形结构，形成弯曲的布洛赫型畴壁通道传输自旋波，使自旋波在畴壁能相互干涉。
[0006]进一步的，所述弯曲畴壁波导为三层结构，在双层软磁层之间添加有硬磁层，软磁层与硬磁层间交换耦合；所述弯曲畴壁波导其弧长设置为350nm，宽度为100nm，相邻磁畴的交界处形成布洛赫型磁畴壁。
[0007]进一步的，所述软磁层的材料为：Nd2Fe
14
B，硬磁层选择为：Pd/Fe
0.5
Pd
.5
/MgO；软磁层厚度为2至6nm，自旋波传输通道的宽度为18至60nm。
[0008]进一步的，对所述弯曲畴壁波导区域施加垂直于xy平面向下的外磁场该外磁场的大小为1T并随时间指数衰减，
[0009]h0＝H
ext
e
‑
6t
[0010]衰减趋势符合以上公式，H
ext
为外磁场。
[0011]进一步的，自旋波在布洛赫型磁畴壁中传输时，为后向体模式，由25GHz频率下激发。
[0012]进一步的，在软磁层与硬磁层间的交换耦合时，向软磁层与硬磁层间施加激励场，其具体符合如下：
[0013][0014]其中，t
’
＝t
‑
t0，t0＝50ps，f
c
＝25GHz。
[0015]进一步的，弯曲畴壁波导的内径外径硬磁层和软磁层的厚度都为t＝2nm，每个电压调控区的长度为800nm。
[0016]进一步的，通过微带天线向波导施加f＝25GHz的正弦形激励信号：
[0017]h
z2
＝H
2 sin(2πf2t)
[0018]方向垂直于弯曲畴壁波导表面，其振幅H2，为0.1T。
[0019](二)技术方案
[0020]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种微米尺度的自旋波逻辑器件，包括自旋波逻辑器件，所述自旋波逻辑器件包括激发微带天线，其上方的短矩形区域设有接收天线，自旋波逻辑器件的凹面内侧设置有电压调控区，在自旋波逻辑器件的外缘处设置有弯曲畴壁波导，弯曲畴壁波导基于布洛赫型畴壁波导结构设计为成弧形结构，形成弯曲的布洛赫型畴壁通道传输自旋波，使自旋波在畴壁能相互干涉。
[0021]进一步的，所述弯曲畴壁波导为三层结构，在双层软磁层之间添加有硬磁层，软磁层与硬磁层间交换耦合；所述弯曲畴壁波导其弧长设置为350nm，宽度为100nm，相邻磁畴的交界处形成布洛赫型磁畴壁。
[0022]进一步的，所述软磁层的材料为：Nd2Fe
14
B，硬磁层选择为：Pd/Fe
0.5
Pd
.5
/MgO；软磁层厚度为2至6nm，自旋波传输通道的宽度为18至60nm。
[0023]进一步的，对所述弯曲畴壁波导区域施加垂直于xy平面向下的外磁场该外磁场的大小为1T并随时间指数衰减，
[0024]h0＝H
ext
e
‑
6t
[0025]衰减趋势符合以上公式，H
ext
为外磁场。
[0026]进一步的，自旋波在布洛赫型磁畴壁中传输时，为后向体模式，由25GHz频率下激发。
[0027]进一步的，在软磁层与硬磁层间的交换耦合时，向软磁层与硬磁层间施加激励场，其具体符合如下：
[0028][0029]其中，t
’
＝t
‑
t0，t0＝50ps，f
c
＝25GHz。
[0030]进一步的，弯曲畴壁波导的内径外径硬磁层和软磁层的厚度都为t＝2nm，每个电压调控区的长度为800nm。
[0031]进一步的，通过微带天线向波导施加f＝25GHz的正弦形激励信号：
[0032]h
z2
＝H
2 sin(2πf2t)
[0033]方向垂直于弯曲畴壁波导表面，其振幅H2，为0.1T。
[0034](三)有益效果
[0035]本专利技术提供了一种微米尺度的自旋波逻辑器件。具备以下有益效果：
[0036]设计的自旋波逻辑器件是基于布洛赫型畴壁波导的，并且将电压作为输入信号，与现有的逻辑器件相比，具有以下优势：
[0037]硬磁层通过交换耦合作用对软磁层有效场分布产生作用，使其形成纳米尺度的布洛赫型畴壁，自旋波传输过程中不需要施加外磁场，降低了系统的能耗，减小了系统的复杂
度。
[0038]通过电压对相位进行调制，可操作性强，容易控制，且设置电压较小，使器件功耗较小；
[0039]利用纳米尺度的畴壁作为自旋波传输波导，传输通道的宽度可以达到18.42nm，有利于实现器件的小型化，由于这种纳米尺度传输通道是通过畴壁形成的，减小制造工艺偏差产生的影响。
附图说明
[0040]图1为本专利技术软磁层内有效场分量Hx、Hy和Hz沿y轴方向的分布结构示意图；
[0041]图2为本专利技术磁矩z轴方向分量mz在波导宽度方向即y轴方向的分布结构示意图；
[0042]图3为本专利技术自旋波逻辑器件的构造示意图；
[0043]图4为本专利技术波导的稳态磁结构示意图；
[0044]图5为本专利技术长度方向1300nm至1500nm区域内自旋波的传播曲线示意图；
[0045]图中：10、自旋波逻辑器件；11、激发微带天线；12、接收天线；13、电压调控区；14、弯曲畴壁波导。
具体实施方式
[0046]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微米尺度的自旋波逻辑器件，其特征在于：包括自旋波逻辑器件(10)，所述自旋波逻辑器件(10)包括激发微带天线(11)，其上方的短矩形区域设有接收天线(12)，自旋波逻辑器件(10)的凹面内侧设置有电压调控区(13)，在自旋波逻辑器件(10)的外缘处设置有弯曲畴壁波导(14)，弯曲畴壁波导(14)基于布洛赫型畴壁波导结构设计为成弧形结构，形成弯曲的布洛赫型畴壁通道传输自旋波，使自旋波在畴壁能相互干涉。2.根据权利要求1所述的一种微米尺度的自旋波逻辑器件，其特征在于：所述弯曲畴壁波导(14)为三层结构，在双层软磁层之间添加有硬磁层，软磁层与硬磁层间交换耦合；所述弯曲畴壁波导(14)其弧长设置为350nm，宽度为100nm，相邻磁畴的交界处形成布洛赫型磁畴壁。3.根据权利要求2所述的一种微米尺度的自旋波逻辑器件，其特征在于：所述软磁层的材料为：Nd2Fe
14
B，硬磁层选择为：Pd/Fe
0.5
Pd
.5
/MgO；软磁层厚度为2至6nm，自旋波传输通道的宽度为18至60nm。4.根据权利要求1所述的一种微米尺度的自旋波逻辑器件，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：许文兵，王永磊，李建华，董思宁，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：