[发明专利]一种基于合成反铁磁斯格明子的逻辑门及控制方法

说明书

本发明提供一种基于合成反铁磁斯格明子的逻辑门及控制方法，逻辑门赛道的材料为合成反铁磁材料，其赛道从下到上依次布置重金属层、铁磁层、垫片、铁磁层，赛道左侧的两个磁性隧道结为合成反铁磁斯格明子的输入端A和输入端B，赛道右侧的两个磁性隧道结为合成反铁磁斯格明子的检测端C和检测端D。本发明可有效提升信息存储的稳定性。

技术领域

本发明属于信息技术领域，尤其涉及一种基于合成反铁磁斯格明子的逻辑门及控制方法。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，传统的信息存储技术已不能满足人们日益增长的生活需求，高密度低能耗存储成为不可避免的发展趋势。磁性斯格明子是一种纳米尺度具有拓扑保护性质的稳定涡旋磁结构，由于其尺寸小，稳定性高和易操控等特性，斯格明子有望应用于未来高密度，低能耗的信息存储和逻辑运算。考虑到自旋极化电流驱动铁磁斯格明子有斯格明子霍尔效应，故铁磁明子的运动方向在运动过程中会偏离初始方向甚至在赛道边缘湮灭，最终导致信号丢失。研究发现，运用自旋极化电流驱动合成反铁磁中的斯格明子可以有效抑制斯格明子运动过程中的斯格明子霍尔效应，使其沿驱动力的方向直线运动，其运行速度也比铁磁斯格明子的大。因此以合成反铁磁斯格明子的存在与否代表二进制数据“1”和“0”，并将其应用于逻辑计算中，可以有效提高逻辑运行速度，降低器件能耗，减小逻辑门体积，提升器件的稳定性。

现有技术一的技术方案

在中国实用新型专利说明书CN201710434552.7公开了一种基于磁性斯格明子的或门及其控制和应用的方法，该设计基于铁磁斯格明子或畴壁对在输入端到输出端之间的可逆转换，利用电流驱动使其实现或门的逻辑功能。

现有技术一的缺点

该逻辑门虽能实现逻辑或门功能，但驱动铁磁斯格明子和畴壁间转换的阈值电流较大，运行过程中大电流可能导致器件烧坏损毁，且该逻辑门中斯格明子和畴壁的运行速度较慢，会延长逻辑器件的运算时间。

现有技术二的技术方案

在中国实用新型专利说明书CN201711049783.2中提出了一种基于铁磁斯格明子的可重构逻辑器件，该设计基于单个和多个斯格明子在逻辑赛道输入端与输出端间的移动，利用电压控制不同逻辑功能的运算。

现有技术二的缺点

该逻辑门尽管能实现多重逻辑运算，但铁磁斯格明子在运动过程中因斯格明子霍尔效应在运动方向会发生漂移，利用斯格明子的霍尔效应控制斯格明子的运动轨迹具有不确定性，因此该逻辑门的人为可控性有待改善。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于合成反铁磁斯格明子的逻辑门及控制方法，可有效提升信息存储的稳定性。

本发明采用如下技术方案：

一种基于合成反铁磁斯格明子的逻辑门，逻辑门赛道的材料为合成反铁磁材料，其赛道从下到上依次布置重金属层、铁磁层、垫片、铁磁层，赛道左侧的两个磁性隧道结为合成反铁磁斯格明子的输入端A和输入端B，赛道右侧的两个磁性隧道结为合成反铁磁斯格明子的检测端C和检测端D。

整个赛道似长×宽为150nm×100nm的矩形，赛道右上角为一个直角边为50nm的等腰直角三角形缺口，输入端A和输入端B所在赛道间存在长×宽为70nm×5nm的长方形缺口，与输入端B对应的检测端C为逻辑“或”门，右下角检测端D为逻辑“与”门。

输入端A与输入端B同时产生斯格明子时，输入端B产生的斯格明子在电流驱动过程中同时受到边界排斥力和斯格明子间作用力，故将右下角赛道设计的更长，检测端D的赛道为长×宽为50nm×30nm凸起的矩形，以此实现B端产生的斯格明子能成功运动至检测端D。