本主题申请描述了基于自旋波角动量转移力矩的磁化状态翻转的系统及方法。自旋波自旋流在处于第一磁化状态的第一磁性层中生成。所述自旋波自旋流通过自旋波角动量转移力矩在由一个界面与所述第一磁性层分开的处于第二磁化状态的第二磁性层实现磁化状态翻转。或者，自旋波自旋流在处于第一磁化状态的第一磁畴中生成。所述自旋波自旋流通过自旋波角动量转移力矩实现磁畴壁的定向移动。所述磁畴壁位于所述第一磁畴与处于第二磁化状态的第二磁畴之间。
【技术实现步骤摘要】
此专利技术涉及由自旋波角动量转移力矩驱动的磁化状态翻转。
技术介绍
纳米线中磁畴壁的定向移动由于其重要的应用前景成为近年来很受关注的课题。其中一种应用是纳米尺寸器件中的磁数据存储。磁数据存储器件通过磁化模式的操控在磁性介质上进行数据的存储和擦除。磁化状态的转换(也被称为磁化状态翻转)是相对于磁场矢量(磁化矢量)的初始方向进行磁场矢量方向的180度再定位以操控磁化模式的过程。下述条件下磁畴壁可以在纳米线中定向移动(I)静态外磁场或微波(交变磁场)作用和/或(2)自旋极化电流作用。外磁场实际很难实现驱动磁畴壁运动难以实现实际应用。当器件尺寸减小时，形状各向异性效应显著增加，实现磁化状态翻转所需的磁场强度也变大。在磁数据存储的实际应用中，磁场本身的非局域性限制了磁存储设备的密度。通过电子自旋流的自旋转移力矩驱动的磁畴壁运动在磁存储器件中亦难以实现。虽然电子自旋流的自旋转移力矩不需要大磁场，但需要很高的临界电流密度。很高的临界电流密度会产生了很大的焦耳热，其成为了磁化翻转实际应用的瓶颈。上述背景仅仅是意指提供一个关于磁化状态操控的大体介绍，并非意指详细说明。一旦仔细研究下面详细描述的一个或更多的各种非限制性实施例其余附加内容就变得显而易见。
技术实现思路
下面介绍的是本专利技术的简明概要，其是为了提供本说明书的某些方面的基本理解。此概要并非是本说明书的全面概观。其并非确定说明书中的任何关键元素，亦非描述本说明书的具体实施例的任何范围或权利要求的任何范围。其主要目的为简明地表述专利技术中的一些概念并为随后介绍的更多详细描述作铺垫。根据一个或更多的实施例和相应的公开，我们描述了基于自旋波角动量转移力矩的磁化状态翻转的各种非限制性的方面。在实施例中，所描述的系统可以利用自旋波角动量转移力矩来进行磁化状态的翻转。该系统中包含了由一层金属界面分开的处于第一磁化状态的第一磁性层和处于第二磁化状态的第二磁性层。该系统中亦包含一个波源，其配置成在所述第一磁性层中产生自旋波自旋流以通过自旋波角动量转移力矩使所述第二磁性层的磁化状态翻转。在进一步的实施例中，我们描述了自旋电子器件。该自旋电子器件处于一条纳米线内并且包含由一个磁畴壁分开的第一磁畴和第二磁畴。所述第一磁畴具有第一磁化方向，所述第二磁畴具有第二磁化方向。所述纳米线具有一平行于所述第一磁化方向的易磁化轴。所述磁畴壁可以基于自旋波角动量转移力矩在磁纳米线中移动。在另一个实施例中，描述了一种用于利用自旋波角动量转移力矩实现磁化状态翻转的方法。自旋波在器件的第一磁性层中被激发。该器件中包含具有第一磁化方向的第一磁性层、与所述第一磁性层不同的具有第二磁化方向的第二磁性层以及位于所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的壁层或界面。自旋波角动量转移力矩作用在所述第二层磁性层以使其磁化状态翻转。接下来的描述及附图说明本说明书的某些示例性的方面。然而，这些方面表示可以采用本说明书中的各种实施例中的一些各种方法。本说明书的其它方面可以从结合附图考虑的下面的详细描述中明显地看出。附图说明下面的详细描述中，与附图结合列举了许多方面和实施例，其中相同的参考标号指相同的部件，而且其中图1是根据一个实施例的采用自旋阀的一个示例系统的非限制性示意图；图2是根据一个实施例的采用自旋阀的另一个示例系统的非限制性示意图；图3是根据一个实施例的利用自旋阀中产生的自旋波和自旋波角动量转移力矩以实现磁化翻转的一个系统的非限制性示意图。图4是根据一个实施例的具有嵌入的自旋电子器件的一个示例纳米线的非限制性示意图。图5是根据一个实施例的具有利用自旋电子器件中产生的自旋波及自旋波角动量转移力矩以实现磁畴壁的运动的嵌入了自旋电子器件的一个示例纳米线的非限制性示意图。图6是根据一个实施例的具有嵌入了自旋电子器件的一个示例纳米线的非限制性示意图。图7是根据一个实施例自旋波穿过横向磁畴壁结构传播的非限制性示意图。图8是根据一个实施例磁振子无反射地穿过磁畴壁的非限制性示意图。图9表示了说明根据一个实施例当与自旋波作用时的磁畴壁的特征的非限制性曲线图。图10是示出根据一个实施例在位于磁畴壁两侧的两个位置处自旋波的振幅之间的差随磁场变化的非限制性曲线图。图11是示出根据一个实施例当与自旋波作用时的磁畴壁的特征随磁场变化的非限制性曲线图。图12是根据一个实施例的用于在自旋电子器件中使用自旋波角动量转移力矩来实现磁化状态翻转的方法的非限制性过程流程示意图。图13是根据一个实施例的用于在自旋电子器件中使用自旋波角动量转移力矩来实现磁畴壁定向移动的方法的非限制性过程流程示意图。具体实施方式参照附图描述了本专利技术公开的各个方面或特征，其中相同的附图标记指代相同的元件。本说明中包含了大量具体细节，以便对此公开提供一个彻底的理解。然而，可以理解，本公开中的某些方面可以在不需要这些细节的情况下实现，或应用其它方法、元件、成分等等来实现。在其他实例中，众所周知的结构和器件用框图的形式示出，以方便实现各种实施例的描述和说明。根据本专利技术中描述的一种或多种实施例，我们描述了由自旋波角动量转移力矩驱动的磁化状态翻转的系统和方法。由自旋波角动量转移力矩驱动的磁化状态翻转不要求像磁场驱动应用中所需的强磁场，也不受由于电子自旋转移力矩应用的过高的临界电流密度产生的焦耳热效应的影响。磁振子是自旋波的量子化准粒子。类似于电子，磁振子也携带自旋。磁振子是一个自旋为I的粒子，角动量为h (约化普朗克常数，定义为h/2 π，值为1. 05Χ 10_34焦 秒)。类似于由电子作用于磁体的自旋转移力矩，磁振子也会通过一种自旋(角动量)转移力矩作用于磁体。然而，这种自旋波角动量转移力矩不会像电子自旋转移力矩那样受过多的焦耳热的影响。这里描述的是可以在某些应用中利用自旋波角动量转移力矩来驱动磁化状态翻转的系统和方法，包括多层自旋阀结构和磁纳米线中的磁畴壁运动。图1至图3是可以通过自旋波角动量转移力矩驱动磁化状态翻转的多层自旋阀的示意图，图4至图6是通过自旋波角动量转移力矩驱动磁纳米线中磁畴壁运动的示意图。以下描述中指出，这里描述的系统和方法允许了由自旋波角动量转移力矩驱动的在自旋阀中的磁化状态翻转和在纳米线中的磁畴壁的移动。基于由自旋波角动量转移力矩驱动的磁化状态翻转的系统和方法可以用于克服主要使用电流的自旋电子器件中的焦耳热问题。由自旋波角动量转移力矩驱动的磁化状态翻转也可被用来制造高速、节能的自旋电子器件，该器件可由非金属的其它材料制成，如磁性绝缘体和/或磁性半导体。注意到自旋波角动量转移力矩还有更进一步的应用。为示例性地表示出自旋波角动量转移力矩的作用，此处示意了多层自旋阀和在磁纳米线中的磁畴壁的定向移动。图1示意了根据实施例的非限制性示例系统100的模式图，系统100中应用了自旋阀结构。系统100中的自旋阀基于磁振子携带的自旋，造成了自旋波角动量转移力矩。换句话说，系统100中的自旋阀通过自旋波角动量转移力矩翻转宏自旋(macrospin)的磁化状态。系统100包含处于第一磁化状态Hi1的第一磁性层102。系统100也包含处于第二磁化状态叫的第二磁性层104。第二磁性层104由一层金属态的界面106与第一磁性层102分开。系统也包含一个波源108，其可以在第一磁性层102中产生本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种系统，包含：第一磁性层，其处于第一磁化状态；第二磁性层，其处于第二磁化状态并且由一个界面与所述第一磁性层分开；以及波源，其配置成在所述第一磁性层中生成自旋波以通过自旋波角动量转移力矩使所述第二磁性层的磁化状态翻转。
【技术特征摘要】
2011.10.03 US 61/626,7681.一种系统，包含 第一磁性层，其处于第一磁化状态； 第二磁性层，其处于第二磁化状态并且由一个界面与所述第一磁性层分开；以及 波源，其配置成在所述第一磁性层中生成自旋波以通过自旋波角动量转移力矩使所述第二磁性层的磁化状态翻转。2.根据权利要求1所述的系统，进一步包含一个非磁性材料层，其布置于所述第一磁性层和所述第二磁性层之间并且与所述第一磁性层和所述第二磁性层均接触。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述非磁性材料层由非磁性金属材料或非磁性绝缘体材料制成。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一磁性层的材料或所述第二磁性层的材料从磁性金属材料、磁性半导体材料、磁性绝缘体材料中选取。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述波源利用垂直于所述第一磁化状态的磁化方向施加的振荡磁场来生成所述自旋波。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述波源利用温度梯度在所述第一磁性层、所述第二磁性层或所述界面生成自旋波。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述波源利用电流在所述第一磁性层、所述第二磁性层或所述界面生成自旋波。8.一种自旋电子器件，包含 第一磁畴，其具有第一磁化方向； 第二磁畴，其具有与第一磁化方向相反的第二磁化方向；以及 磁畴壁，其位于所述第一磁畴与所述第二磁畴之间； 其中，所述自旋电子器件在磁纳米线中，所述磁纳米线具有与所述第一磁畴的所述第一磁化方向平行的易磁化轴。9.根据权利要求8所述的自旋电子器件，其中自旋波在所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王向荣，严鹏，王宪思，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：
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