[发明专利]一种基于铁磁材料的电子模拟积分器

说明书

本发明公开了一种基于铁磁材料的电子模拟积分器，属于自旋电子学及其器件领域，所述积分器包括：自旋流生成层、多畴自由层、非磁性层和固定层；多畴自由层、非磁性层和固定层构成磁性隧道结，位于自旋流生成层上表面；自旋流生成层两个相对的凸出端分别作为积分器的第一电极和第二电极，固定层上表面作为积分器的第三电极；自旋流生成层，用于在输入电流的作用下生成自旋流；多畴自由层，用于在自旋流的自旋轨道力矩作用下发生磁畴壁移动，改变磁化方向，使得电子模拟积分器的电阻发生连续变化，且连续变化与输入电流存在确定的积分关系。本发明的积分器具有非易失性，且采用独立结构，降低了系统复杂性，电路结构简单，易于大规模集成。

技术领域

本发明属于自旋电子学及其器件领域，更具体地，涉及一种基于铁磁材料的电子模拟积分器。

背景技术

21世纪，信息技术飞速发展，互联网渗透进了我们生活的方方面面，作为信息技术的物理载体，集成电路无疑是十分关键的一环，集成电路拥有非常强大的运算能力，基本运算比如加法减法，高级一些的运算比如微分积分，都可以用集成电路实现。积分器是指系统的输出信号与输入信号对时间的积分值成比例的一种电子电路；在离散系统中，输出是输入各个离散时间值的求和；从频域来看，积分器是一个低通滤波器。积分器主要用于波形变换、放大电路失调电压的消除以及反馈控制中的积分补偿等场合，在模拟电路中具有十分重要的作用。

传统实现积分运算功能的基本电路是运算放大器积分器，又被称作米勒积分器，如图1所示，传统的模拟积分器使用了电阻器、电容器和运算放大器来实现其功能。输入信号V_i经过电阻R₁后经过反馈流到电容C上，并开始给电容充电，由理想运放的“虚短”和“虚断”性质，可得：V₀＝-1/(RC)∫V_idt由此实现了积分功能。

但是传统的米勒积分器使用了运算放大器、电阻器和电容器等多种器件，造成其集成度不高；由于使用器件多、连接电路复杂，也会造成积分性能的不稳定；由于传统的米勒积分器断电后会造成数据丢失，必须将运算结果存储于外部存储器中，这造成了对于存储空间的浪费，也带来了下次运行时要重新加载数据的时间成本浪费，这降低积分器的效率，使得运算速度降低；由于传统米勒积分器需要上电才能保证数据不丢失，这同时也提高了积分器电路的静态功耗。

总体而言，传统的米勒积分器存在无法独立存储、电路结构复杂、体积较大，集成度低的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于铁磁材料的电子模拟积分器，旨在解决传统密勒积分器由于需要分别设计电路实现计算、存储功能，而导致电路结构复杂、体积较大，不利于集成的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于铁磁材料的电子模拟积分器包括：自旋流生成层、多畴自由层、非磁性层和固定层；

所述多畴自由层、非磁性层和固定层的膜面为大小相同的多边形或椭圆形，且所述膜面面积小于所述自旋流生成层的膜面面积；所述多畴自由层、非磁性层和固定层构成磁性隧道结，所述磁性隧道结位于所述自旋流生成层上表面；所述自旋流生成层两个相对的凸出端分别作为所述电子模拟积分器的第一电极和第二电极，所述固定层上表面作为所述电子模拟积分器的第三电极；

所述自旋流生成层，用于在输入电流的作用下生成自旋流；

所述多畴自由层，用于在所述自旋流的自旋轨道力矩作用下发生磁畴壁移动，改变磁化方向，使得所述电子模拟积分器的电阻发生连续变化，且所述连续变化与所述输入电流存在确定的积分关系。

进一步地，所述自旋流生成层采用重金属材料或拓扑绝缘体。

进一步地，所述固定层和多畴自由层采用铁磁材料。

进一步地，所述多畴自由层具有多个磁畴。

进一步地，所述非磁性层采用电子隧穿的绝缘材料。