[发明专利]自旋逻辑器件和包括其的电子设备

权利要求书

1.一种自旋逻辑器件，包括：

自旋霍尔效应SHE层，其由具有自旋霍尔效应的导电材料制成，并且用于接收沿第一方向的第一输入电流和第二输入电流；

位于所述SHE层上的磁性隧道结，所述磁性隧道结具有自由磁层、参考磁层以及位于二者之间的势垒层，其中所述自由磁层直接接触所述SHE层；以及

在所述磁性隧道结上方沿第二方向延伸并且电连接到所述磁性隧道结的电流布线，所述第二方向与所述第一方向交叉，所述电流布线用于接收第三输入电流以在所述磁性隧道结处生成磁场。

2.如权利要求1所述的自旋逻辑器件，其中，所述第二方向垂直于所述第一方向。

3.如权利要求1所述的自旋逻辑器件，其中，所述自由磁层和所述参考磁层都具有垂直磁化。

4.如权利要求1所述的自旋逻辑器件，其中，所述第一输入电流和所述第二输入电流是在所述SHE层的面内流动的面内电流，并且所述第一输入电流和所述第二输入电流与所述第三输入电流产生的磁场共同作用以设置所述磁性隧道结的磁化状态，且

其中，所述SHE层和所述电流布线还用于施加流过所述磁性隧道结的读取电流以读取所述磁性隧道结的磁化状态，从而实现逻辑操作。

5.如权利要求1所述的自旋逻辑器件，其中，所述SHE层由选自包括以下材料的组的材料形成：Pt、Au、Ta、Pd、Ir、W、Bi、Pb、Hf、IrMn、PtMn、AuMn、Bi₂Se₃、Bi₂Te₃、Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Te、Dy、Ho、Er和Tm，以及它们的任意组合。

6.如权利要求1所述的自旋逻辑器件，其中，所述自旋逻辑器件能通过 设置所述第一输入电流、所述第二输入电流以及所述第三输入电流的大小和方向而配置为逻辑与门、逻辑或门、逻辑非门、逻辑与非门和逻辑或非门。

7.一种自旋逻辑器件，包括：

自旋霍尔效应SHE偏置层，其由具有自旋霍尔效应并且能提供磁偏置的导电材料制成，并且用于接收沿第一方向的第一输入电流和第二输入电流；

位于所述SHE偏置层上的磁性隧道结，所述磁性隧道结具有自由磁层、参考磁层以及位于二者之间的势垒层，其中所述自由磁层直接接触所述SHE偏置层；以及

连接到所述磁性隧道结的与所述SHE偏置层相反的一侧的读取布线，用于施加流经所述磁性隧道结的读取电流，

其中，所述SHE偏置层向所述自由磁层施加沿所述第一方向的偏置磁场。

8.如权利要求7所述的自旋逻辑器件，其中，所述SHE偏置层由IrMn、PtMn或AuMn制成。

9.如权利要求7所述的自旋逻辑器件，其中，所述自旋逻辑器件能通过设置所述第一输入电流和所述第二输入电流的大小和方向而配置成与门、或门和或非门之一，或者能配置成非门和与非门。

10.一种自旋逻辑器件，包括：

自旋霍尔效应SHE层，其由具有自旋霍尔效应的导电材料制成，并且用于接收沿第一方向的第一输入电流和沿第二方向的第二输入电流，所述第一方向与所述第二方向交叉；

位于所述SHE层上的磁性隧道结，所述磁性隧道结具有自由磁层、参考磁层以及位于二者之间的势垒层，其中所述自由磁层直接接触所述SHE层；以及

在所述磁性隧道结上方沿第三方向延伸并且电连接到所述磁性隧道结的电流布线，所述第三方向与所述第一方向和所述第二方向的合成方向垂直，所述电流布线用于接收第三输入电流以在所述磁性隧道结处生成磁场。

11.如权利要求10所述的自旋逻辑器件，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。

12.如权利要求10所述的自旋逻辑器件，其中，所述第一输入电流和所述第二输入电流是在所述SHE层的面内流动的面内电流，并且所述第一输入电流和所述第二输入电流与所述第三输入电流产生的磁场共同作用以设置所述磁性隧道结的磁化状态，且

其中，所述SHE层和所述电流布线还用于施加流过所述磁性隧道结的读取电流以读取所述磁性隧道结的磁化状态，从而实现逻辑操作。