磁子结、磁子随机存储器、微波振荡和探测器、电子设备制造技术

本发明专利技术涉及磁子结、磁子随机存取存储器、微波振荡和探测器、电子设备。一种磁子结包括：第一电极层，由非磁导电材料形成；设置在所述第一电极层上的自由磁层，由铁磁导电材料形成；设置在所述自由磁层上的反铁磁势垒层，由反铁磁绝缘材料形成；设置在所述反铁磁势垒层上的参考磁层，由铁磁导电材料形成；以及设置在所述参考磁层上的第二电极层，由非磁导电材料形成。所述参考磁层具有垂直磁各向异性或垂直磁矩分量，其磁矩方向沿垂直方向固定；所述自由磁层具有垂直磁各向异性或垂直磁矩分量，其磁矩方向沿垂直方向可翻转；所述反铁磁势垒层具有垂直磁各向异性或垂直磁矩分量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及磁器件领域，更特别地，涉及一种磁子结及其操作方法，包括该磁子结的磁子随机存取存储器(简称磁子随机存储器)、磁子微波振荡器、磁子微波探测器、磁子随机数发生器、磁子概率-比特随机数发生器，以及包括这些器件中的任意一种或多种的电子设备。

技术介绍

1、图1示出基于传统的磁性隧道结(mtj)的磁存储单元100的示例。参照图1，磁存储单元100包括自由磁层110、非磁势垒层120和参考磁层130，其中自由磁层110具有自由磁矩，参考磁层130具有被钉扎的相对固定磁矩，非磁势垒层120一般由诸如mgo、al2o3、mgalo之类的金属氧化物绝缘材料形成。当自由磁层110和参考磁层130的磁矩平行排列时，磁存储单元100具有较小的电阻，其可对应于存储比特“0”；当自由磁层110和参考磁层130的磁矩反平行排列时，磁存储单元100具有较大的电阻，其可对应于存储比特“1”，或者反之亦可。当向磁存储单元100写入数据时，可以施加垂直写入电流iw，通过自旋转移力矩(stt)效应来改变自由磁层110的磁矩方向。

2、stt写入方式的一个问题在于，为本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种磁子结(Magnon Junction，MJ)，包括：

2.如权利要求1所述的磁子结，其中，所述第一电极层和所述第二电极层配置为施加垂直翻转电流，所述垂直翻转电流在流经所述参考磁层时被自旋极化；在所述参考磁层和所述反铁磁势垒层的界面处一部分自旋极化电流转换成为磁子流，并扩散经过所述反铁磁势垒层注入到所述自由磁层中，扩散和注入过程中均产生磁子转移力矩(Magnon TransferTorque，MTT)；同时另外一部分自旋极化电流隧穿通过所述反铁磁势垒层进入到所述自由磁层中；从而在所述磁子流产生的磁子转移力矩(Magnon Transfer Torque，MTT)和所述...

【技术特征摘要】

1.一种磁子结(magnon junction，mj)，包括：

2.如权利要求1所述的磁子结，其中，所述第一电极层和所述第二电极层配置为施加垂直翻转电流，所述垂直翻转电流在流经所述参考磁层时被自旋极化；在所述参考磁层和所述反铁磁势垒层的界面处一部分自旋极化电流转换成为磁子流，并扩散经过所述反铁磁势垒层注入到所述自由磁层中，扩散和注入过程中均产生磁子转移力矩(magnon transfertorque，mtt)；同时另外一部分自旋极化电流隧穿通过所述反铁磁势垒层进入到所述自由磁层中；从而在所述磁子流产生的磁子转移力矩(magnon transfer torque，mtt)和所述自旋极化电流产生的自旋转移力矩(spin transfer torque，stt)的共同作用下，所述自由磁层的磁矩方向被翻转。

3.如权利要求2所述的磁子结，其中，所述磁子流在扩散经过所述反铁磁势垒层时，还产生磁子转移力矩(magnon transfer torque，mtt)以使所述反铁磁势垒层的格点上彼此反平行排列的磁矩方向也发生翻转，从而所述反铁磁势垒层的奈尔矢量方向和所述自由磁层的磁矩方向都被翻转。

4.如权利要求1所述的磁子结，其中，所述第一电极层由具有自旋霍尔效应的重金属非磁导电材料形成。

5.如权利要求4所述的磁子结，其中，所述第一电极层配置为施加第一面内翻转电流，所述第一面内翻转电流通过自旋霍尔效应产生向所述自由磁层扩散的自旋极化电流，所述自旋极化电流产生自旋轨道力矩(spin-orbit torque，sot)，用于翻转所述自由磁层的磁矩。

6.如权利要求5所述的磁子结，其中，所述第一电极层和所述第二电极层还配置为施加第二垂直翻转电流，所述垂直翻转电流在流经所述参考磁层时被自旋极化；在所述参考磁层和所述反铁磁势垒层的界面处一部分自旋极化电流转换为磁子流，扩散经过所述反铁磁势垒层注入到所述自由磁层中，并且产生磁子转移力矩(magnon transfer torque，mtt)；同时另外一部分自旋极化电流隧穿通过所述反铁磁势垒层进入到所述自由磁层中；所述自旋极化电流产生用于翻转所述自由磁层的磁矩方向的自旋转移力矩(spin transfertorque，stt)，从而在所述第二垂直翻转电流产生的磁子转移力矩(magnon transfertorque，mtt)和自旋转移力矩(spin transfer torque，stt)，以及所述第一面内翻转电流产生的自旋轨道力矩(spin-orbit torque，sot)的共同作用下，所述自由磁层的磁矩方向被翻转。

7.如权利要求1所述的磁子结，其中，用于形成所述参考磁层和所述自由磁层的铁磁导电材料包括下列材料中的一种或多种：nico2o4、fe3get...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩秀峰，姜雷娜，何文卿，张天乙，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：