[发明专利]一种基于磁性斯格明子的可重构逻辑器件

说明书

本发明公开了一种基于磁性斯格明子的可重构逻辑器件，属于逻辑门电路技术领域。本发明所述逻辑器件为重金属层和铁磁层的双层结构；铁磁层由两条平行纳米线轨道局部相连构成；在两条纳米线轨道的左端各放置一个MTJ作为输入端，在其中一条纳米线轨道的右端放置一个MTJ作为输出端；对输入端施加电压或电流脉冲，产生斯格明子；输出端用于检测斯格明子；对输出控制端施加正负电压或电流脉冲，用于实现输出端高低电位的输出；分别在纳米线轨道的两个连接处之间设置两个传输控制端。本发明的一种基于磁性斯格明子的可重构逻辑器件通过对输出控制端、传输控制端施加不同状态的电压或电流的组合，实现与、或、非、与非和或非逻辑功能。

技术领域

本发明属于逻辑门电路技术领域，更具体地，涉及一种基于磁性斯格明子的可重构逻辑器件。

背景技术

传统的微电子器件是基于电子的电荷输运进行工作，而自旋电子器件则是基于电子的自旋属性进行信息的存储、传输与处理。相对于传统的微电子器件，自旋电子器件具有存储密度高、功耗低、响应速度快、非易失等优点。磁性斯格明子(Magnetic Skyrmion)则是一种具有拓扑特性的、呈环绕形态的自旋结构，产生于铁磁层/重金属层界面。其特点为中心自旋向下，外围自旋向上，中间区域逐渐过渡。斯格明子可以看作一种准粒子，携带和传输信息，可用磁隧道结(MTJ)来产生与探测。在铁磁纳米轨道中，斯格明子的存在与否可以编码成数字信号“0”和“1”。由于其尺寸小(直径可达几个纳米)，驱动电流密度低(～10⁶A/m²)，以及特有的拓扑稳定性，斯格明子在开发高密度、低功耗、高稳定性的磁存储以及自旋逻辑器件方面，具有巨大的潜力。

在中国实用新型专利说明书CN201611226414中公开了一种基于磁性斯格明子的逻辑门电路，逻辑门基本单元由两条磁性金属纳米线末端会聚成一条磁性金属纳米线构成，三根磁性金属纳米线连接处设有磁颈。利用斯格明子改变磁颈电阻从而实现逻辑运算。当两个输入端的磁颈宽度相同，且大于输出端的磁颈宽度时，可实现逻辑或门；当两个输入端的磁颈的宽度、临界电流相同，且小于输出端磁颈的宽度、临界电流可实现逻辑与门。

但是基于上述制作方法的逻辑门只能单独的实现或运算或者与运算，难以完成更复杂的逻辑运算。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于磁性斯格明子的可重构逻辑器件，其目的在于基于单个、多个斯格明子或者无斯格明子在输入端到输出端之间的移动，由此通过控制电压进行配置和切换，实现与，或，与非，或非，非的逻辑功能。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于磁性斯格明子的可重构逻辑器件，所述逻辑器件为重金属层和铁磁层的双层结构；铁磁层由两条平行纳米线轨道局部相连构成；在两条纳米线轨道的左端各放置一个MTJ作为输入端，在其中一条纳米线轨道的右端放置一个MTJ作为输出端。

进一步地，通过对输入端的MTJ垂直方向施加电压或电流脉冲，产生斯格明子。

进一步地，在所述重金属层上施加由输入端指向输出端的电流。

进一步地，所述输出端用于检测斯格明子，输出端还包括一个反铁磁层作为输出控制端，所述反铁磁层位于输出端的MTJ上，通过对输出控制端施加正负电压或电流脉冲，实现输出端电位的反转。

进一步地，对所述输出控制端施加正极性电压或电流脉冲，若输出端没有检测到斯格明子时，则输出端输出低电平；否则输出端输出高电平；

对所述输出控制端施加负极性电压或电流脉冲，当输出端没有检测到斯格明子时，则输出端输出高电平，否则输出端输出低电平。

进一步地，所述两条平行纳米线轨道有一个连接处A，A位于两条平行纳米线轨道的非端点处；且两条平行纳米线轨道的右端各有一个输出端。