【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电子，尤其涉及一种斯格明子复合薄膜体系及其应用。
技术介绍
1、在数字化的浪潮中，硅元素在各类产品中的应用不断攀升，催生了通信、计算、医疗保健、军事系统、交通、清洁能源等领域的飞速进步。这些技术的发展为社会带来了前所未有的改变，包括类脑计算、虚拟现实、物联网、节能传感、自动化设备、机器人技术和人工智能等前沿技术的涌现。然而，随着应用范围的扩大，海量数据的存储和调用成为不可或缺的需求，而目前晶体管仍然是信息存储的基石。
2、尽管晶体管尺寸不断缩小，但其功耗却逐渐趋于饱和。随着晶体管数量的激增，能源消耗巨大，并且晶体管在高温下易损坏，这给整体功率带来了限制，形成了所谓的“功耗墙”。同时，传统的冯·诺伊曼架构下，存储与计算处于分离状态，而当前存储器的速度远远落后于处理器的速度，这意味着在海量数据频繁交换的情况下，存储器的速度成为整体速度的制约因素，形成了“存储墙”的现象。
3、近年来，磁性斯格明子备受瞩目，因其具备诸如拓扑保护、高速、高密度和优越的稳定性等出色特性。这些特性使其在未来高密度、低能耗、非易失性计算和存储设备领域有望发挥巨大作用。同时，磁子作为自旋波的基本能量单位，来源于磁性材料自旋激发。类似于电荷电流，磁子电流可用于信息的携带、传输和处理。而磁子传输则以自旋波为载体，无需电子的定向移动，因此通过磁子转矩操控的磁性存储器件能够显著减小焦耳热对器件的影响。因此将二者进行结合能一定程度上改善目前存储器功耗和存算速度的瓶颈。
4、磁性斯格明子是一种具有拓扑保护性质的纳米尺度涡旋磁
5、界面对称性破缺的薄膜体系包括层叠设置的磁性薄膜和重金属薄膜。图1为磁性斯格明子存在的磁性薄膜/重金属薄膜体系结构示意图，其中，112为顶层，113为底层；当底层113的材质为重金属薄膜时，顶层112的材质为磁性薄膜；当底层113的材质为磁性薄膜时，顶层112的材质为重金属薄膜。在磁性薄膜/重金属薄膜界面上，由于磁性薄膜界面对称性的缺失及重金属薄膜中的强自旋-轨道耦合，两个近邻磁性原子之间会产生一种由重金属原子传导的非直接交换相互作用，即界面dm相互作用。上述所述重金属薄膜包括但不限于pt、ta、w、ir、pb和pd等；磁性薄膜包括但不限于co、cofe、co20fe60b20和co40fe40b20等。为加强dm相互作用以此衍生的由顶层112和底层113交替沉积形成的多层膜结构也可以形成磁性斯格明子。在这种界面dm相互作用中形成的磁性斯格明子的磁矩排布示意图如图2所示。
6、激发磁性斯格明子的方式有电流激发和热激发等。以电流激发为例，图3为电流激发磁性斯格明子的器件示意图，其中，201为源层，源层为可以产生自旋的材料，111为磁性薄膜，磁性薄膜中存在磁性斯格明子，磁性薄膜包括缺乏中心对称的手性磁性材料和界面对称性破缺的薄膜体系；当电荷电流je在双层膜中流动，由于自旋霍尔效应在201和111的界面处会积累同方向的自旋。在源层201中通入电流，由于电子的自旋霍尔效应，源层201会产生自旋流向上传输至磁性薄膜111中进而激发磁性斯格明子。
7、现有技术中，不管是电流激发亦或者热激发，都不可避免焦耳热对斯格明子薄膜体系中磁性薄膜的影响，这种影响会对使用斯格明子薄膜体系制备的计算存储器件带来一些隐患。具体为：1）高温会影响计算存储器件的性能和可靠性，甚至导致计算存储器件热失效。2）计算存储器件因焦耳热而导致温度升高可能会引起热膨胀，尤其是对于在微观尺度上结构复杂的计算存储器件；这可能导致计算存储器件的物理结构发生变化，产生热应力，进而影响计算存储器件的可靠性。3）长期以高温工作会降低计算存储器件的使用寿命。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种斯格明子复合薄膜体系和应用，本专利技术的斯格明子复合薄膜体系能够避免电子传输带来的热效应，延长使用斯格明子复合薄膜体系制备的器件的使用寿命，提高器件的计算存储速度。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种斯格明子复合薄膜体系，包括依次层叠设置的源层、反铁磁层和斯格明子层；
4、所述反铁磁层的材质为绝缘金属氧化物、二维反铁磁绝缘体或石榴石结构材料；
5、所述反铁磁层的厚度为0.5nm~100μm。
6、优选地，所述绝缘金属氧化物包括完全氧化金属氧化物或不完全氧化金属氧化物；所述完全氧化金属氧化物包括fe2o3、nio、cr2o3、coo、mno、bifeo3、mnal2o4、cr2tio4或alcro3；所述不完全氧化金属氧化物包括niox、crox、coox、nifeox、feox、mnox、bixlayfeo3或yfexoy；
7、所述二维反铁磁绝缘体包括cri3、crbr3、crps4、mnpse3、mnps3、feps3、nips3、mnbi2te4、cr2ge2te6、fegete或crte；
8、所述石榴石结构材料包括钇铁石榴石、铥铁石榴石、钆铁石榴、铽铁石榴石或镝铁石榴石。
9、优选地，所述源层的材质包括重金属、外尔半金属或拓扑绝缘体；
10、所述重金属包括pt、ta、w、ir、pb或pd；
11、所述外尔半金属包括wtex、pttex、motex、wpx、taas、tap、nbas或nbp；
12、所述拓扑绝缘体包括bi2se3、bi2te3、sb2te3或(bi1-xsbx)2te3。
13、优选地，所述源层的厚度为0.5nm~1μm。
14、优选地，所述斯格明子层为产生磁性斯格明子的晶体或产生磁性斯格明子的多层膜；
15、所述产生磁性斯格明子的晶体为缺乏中心对称的手性磁性材料；所述缺乏中心对称的手性磁性材料包括mnniga、mnsi、mnge、sr2iro4、cumnas、mnte、cumnas、fe1-xcoxsi、fege、mn1-xfexge或cu2oseo3。
16、优选地，所述产生磁性斯格明子的多层膜包括依次层叠设置的重金属薄膜和磁性薄膜；所述重金属薄膜和磁性薄膜周期性层叠设置，周期数≥1；
17、所述重金属薄膜包括pt、ta、w、ir、pb或pd；
18、所述磁性薄膜包括co、cofe、co20fe60b20或co40fe40b20。
19、优选地，所述产生磁性斯格明本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种斯格明子复合薄膜体系，其特征在于，包括依次层叠设置的源层、反铁磁层和斯格明子层；
2.根据权利要求1所述的斯格明子复合薄膜体系，其特征在于，所述源层的材质包括重金属、外尔半金属或拓扑绝缘体；
3.根据权利要求1或2所述的斯格明子复合薄膜体系，其特征在于，所述源层的厚度为0.5nm~1μm。
4.根据权利要求1所述的斯格明子复合薄膜体系，其特征在于，所述产生磁性斯格明子的多层膜包括依次层叠设置的重金属薄膜和磁性薄膜；所述重金属薄膜和磁性薄膜周期性层叠设置，周期数≥1；
5.根据权利要求4所述的斯格明子复合薄膜体系，其特征在于，所述产生磁性斯格明子的多层膜还包括氧化物层，所述氧化物层包括MgO和/或Al2O3；所述氧化物层与所述磁性薄膜接触。
6.根据权利要求1所述的斯格明子复合薄膜体系，其特征在于，所述斯格明子复合薄膜体系还包括保护层，所述保护层与所述源层或斯格明子层接触。
7.根据权利要求6所述的斯格明子复合薄膜体系，其特征在于，所述保护层包括SiO2或TaOx；所述保护层的厚度为2nm~100μm。
8.权利要求1~7任一项所述的斯格明子复合薄膜体系在计算领域、存储领域和计算存储一体领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种斯格明子复合薄膜体系，其特征在于，包括依次层叠设置的源层、反铁磁层和斯格明子层；
2.根据权利要求1所述的斯格明子复合薄膜体系，其特征在于，所述源层的材质包括重金属、外尔半金属或拓扑绝缘体；
3.根据权利要求1或2所述的斯格明子复合薄膜体系，其特征在于，所述源层的厚度为0.5nm~1μm。
4.根据权利要求1所述的斯格明子复合薄膜体系，其特征在于，所述产生磁性斯格明子的多层膜包括依次层叠设置的重金属薄膜和磁性薄膜；所述重金属薄膜和磁性薄膜周期性层叠设置，周期数≥1；
5.根据权利要求4所述的斯...
【专利技术属性】
技术研发人员：王译，孟凡毓，宋东霖，李衍琨，张拓，张丽艳，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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