[发明专利]一种磁性随机存储器、磁性逻辑器件和自旋微波振荡器

权利要求书

1.一种磁性随机存取存储器单元，包括磁性多层膜存储单元和写位线，其特征在于，所述磁性多层膜存储单元自下而上依次包括衬底、非磁性层、核心功能层区和覆盖层；所述核心功能层区自下而上依次包括下磁性层、中间层和上磁性层；所述写位线与所述非磁性层相连，以使写电流横向流经所述非磁性层并反转所述下磁性层的磁矩，实现数据的写入。

2.根据权利要求1所述的磁性随机存取存储器单元，其特征在于，所述核心功能层区采用钉扎结构或无钉扎结构；所述钉扎结构中，所述下磁性层为铁磁层，上磁性层自下而上包括被钉扎铁磁层和反铁磁钉扎层；所述无钉扎结构中，所述下磁性层为软铁磁层，上磁性层为硬铁磁层。

3.根据权利要求1所述的磁性随机存取存储器单元，其特征在于，所述磁性随机存取存储器单元还包括读位线，所述写位线位于所述读位线的上层，或者与所述读位线位于同一层，所述写位线通过金属接触与所述非磁性层相连。

4.根据权利要求1所述的磁性随机存取存储器单元，其特征在于，

所述非磁性层选用金属性材料，厚度为0.6～100nm；

所述下磁性层选用能够在表面产生空间反演不对称性的铁磁性材料，厚度为0.6～100nm；

所述中间层选用金属性或非金属性材料，厚度为0.6～6nm；

所述非磁性层所选材料的自旋轨道耦合能量强于所述中间层所选材料的自旋轨道耦合能量。

5.根据权利要求4所述的磁性随机存取存储器单元，其特征在于，所述下磁性层所选材料的自旋轨道耦合能量是所述非磁性层所选材料的自旋轨道耦合能量的1％～95％。

6.根据权利要求4所述的磁性随机存取存储器单元，其特征在于，非磁性层所选材料的自旋轨道耦合能量超过所述中间层所选材料的自旋轨道耦合能量的120％。

7.根据权利要求4所述的磁性随机存取存储器单元，其特征在于，所述铁磁层为过渡金属或其化合物、铁磁性稀土材料或其化合物、磁性半导体、磁性金属氧化物或磁性锰氧化物；所述铁磁层材料采用具有面内各向异性的材料，或者采用具有垂直各向异性的材料。 

8.根据权利要求4所述的磁性随机存取存储器单元，其特征在于，所述非磁性层为Pt、Ta、Au、Ag、Ru、Pd、Rh、Mo、Zr或掺Nb的SrTiO₃。

9.根据权利要求1所述的磁性随机存取存储器单元，其特征在于，所述磁性多层膜存储单元的横截面为矩形、椭圆形、矩形环或椭圆环，其中，

所述矩形的宽度在10～100000nm之间，宽度与长度的比值为1∶1～1∶5；

所述椭圆形的短轴在10～100000nm之间，短轴与长轴的比值为1∶1～1∶5；

所述矩形环内环的宽度在10～100000nm之间，环宽在10～100000nm之间，内环的宽度与长度的比值为1∶1～1∶5；

所述椭圆环内环的短轴在10～100000nm之间，环宽在10～100000nm之间，内环的短轴与长轴的比值为1∶1～1∶5。

10.根据权利要求2所述的磁性多层膜存储器单元，其特征在于，所述的磁性多层膜存储单元为倒T型结构；当所述核心功能层区采用钉扎结构时，所述中间层、被钉扎铁磁层、反铁磁钉扎层和覆盖层为所述T型结构的上部，所述衬底、非磁性层和铁磁层为所述T型结构的下部；当所述核心功能层区采用无钉扎结构时，所述中间层、硬铁磁层、覆盖层为所述T型结构的上部，所述衬底、非磁性层和软铁磁层为所述T型结构的下部。

11.根据权利要求10所述的磁性多层膜存储器单元，其特征在于，所述的倒T型结构的磁性多层膜单元的底部非磁性金属层的一端通过金属层、金属接触孔和写位线相连，另一端通过金属接触孔和过渡金属层相连；所述的倒T型结构的磁性多层膜的覆盖层和所述读位线相连。