[发明专利]一种连续可控斯格明子移动和钉扎的器件和方法

说明书

本发明公开了一种连续可控斯格明子移动和钉扎的器件和方法，包括：压电层，由铁电材料制成；铁磁薄膜条带，设置于压电层上；底电极，以栅极形式设置于压电层下与铁磁薄膜条带对应的位置，连接电压源。工作时，与铁磁薄膜条带紧密贴合的压电层因施加电压而产生应变梯度，通过应变梯度完成斯格明子信号的稳定移动和准确钉扎。本发明的实质性效果包括：放弃了传统驱动方式的电流驱动，通过将压电材料和磁致伸缩材料结合，利用电场就可以完成斯格明子信号的稳定移动和准确钉扎，克服了存储单元体积增加、存储器件功耗增加和边界淹没等缺点，并可以将斯格明子信号准确钉扎在信号读取器处。

技术领域

本发明涉及自旋电子学领域，特别涉及一种连续可控斯格明子移动和钉扎的器件和方法。

背景技术

微电子技术在过去的半个世纪中，一直沿着著名的摩尔定律快速发展，现在已经发展到可以将数百亿晶体管集成到一个芯片上，但是随着晶体管尺寸的缩小,量子效应所产生的漏电流的热效应这一弊端显现出来。但是随着自旋电子技术的引入和发展，有望突破热效应的弊端。

斯格明子是一种具有拓扑保护的类粒子自旋结构，由于其特殊的拓扑性质，斯格明子具有尺寸小、结构稳定、驱动阈值电流小等的优点，特别是斯格明子在室温下的成核、输运及探测更是进一步验证了其广泛的应用潜力。如授权公告号CN108492845B公开了一种基于磁性斯格明子的赛道存储器。

斯格明子器件现在已经有了一定的发展，在信息的写入、调控及读取等方面的发展也已经取得了很大的成功，斯格明子的稳定性和很低的启动电流密度是它备受关注的原因。但是现在的斯格明子的移动多是采用注入自旋极化电流和布置金属带线产生奥斯特场，就不可避免地导致存储单元体积增加、存储器件功耗增加和边界淹没，并且注入自旋极化电流也导致磁性斯格明子无法准确钉扎在数据访问端口导致读取数据不确定性等问题。如果更新斯格明子的移动和钉扎方式，就可以很好的克服这些弊端。

发明内容

针对现有技术中，磁场或者自旋流驱动斯格明子移动引起的非局域性、热耗散，以及磁性斯格明子无法准确钉扎在数据访问端口，导致读取数据存在不确定性的问题，本发明提供了一种连续可控斯格明子移动和钉扎的器件和方法，将磁致伸缩材料和压电材料的结合，通过电场调控就可以克服上述弊端，即通过形变控制斯格明子信号的稳定移动和准确钉扎，还能够减少热效应，降低功耗。

以下是本发明的技术方案。

一种连续可控斯格明子移动和钉扎的器件，包括：压电层，由铁电材料制成；铁磁薄膜条带，设置于压电层上；底电极，以栅极形式设置于压电层下与铁磁薄膜条带对应的位置，连接电压源。工作时，与铁磁薄膜条带紧密贴合的压电层因施加电压而产生应变，应变传递到铁磁薄膜条带后产生应变梯度，通过应变梯度完成斯格明子信号的稳定移动和准确钉扎，不再依赖注入自旋极化电流的方式，解决现有技术中驱动赛道存储器中存储器件功耗增加和边界淹没的问题，有利于提高赛道存储的可靠性和稳定性的同时降低能量损耗。

作为优选，底电极的宽度与铁磁薄膜条带一致。宽度一致时可以使得驱动斯格明子移动的效率最高，斯格明子信号的移动和钉扎也更稳定。

作为优选，所述底电极栅极之间的宽度范围为20-60nm。过近会导致信号干扰强，过远的距离会使得信号不连续，且对于斯格明子的控制能力减弱的问题。

本发明还包括一种连续可控斯格明子移动和钉扎的方法，用于上述的一种连续可控斯格明子移动和钉扎的器件，包括以下步骤：根据需求在底电极上施加电压使压电层产生应力应变，应变引起铁磁薄膜条带中局部磁各向异性的改变，梯度传递到铁磁薄膜条带，使铁磁薄膜条带中的斯格明子向靠近该底电极的方向发生移动， 根据需要为该方向上的在不同的底电极上轮流施加特定电压，使斯格明子连续性继续移动。

作为优选，在斯格明子移动过程中，为移动方向的反方向上的底电极施加反向电压。