[发明专利]基于全二维材料的室温全电控磁存储单元及存储器

权利要求书

1.一种基于全二维材料的室温全电控磁存储单元，包括：自下而上堆叠设置的强自旋轨道耦合范德华层、室温范德华磁性自由层、范德华空间层和室温范德华磁性固定层；

其中，所述强自旋轨道耦合范德华层由具有低对称性晶体结构的强自旋轨道耦合的二维材料构成，在施加电信号时，所述强自旋轨道耦合范德华层产生面外极化的自旋流，极化方向与输入的电信号极性相关，面外极化的自旋流用于驱动室温范德华磁性自由层实现定向无外磁场纯电控翻转；

所述室温范德华磁性自由层为具有超室温居里温度且垂直磁各向异性的二维磁性层，磁矩方向通过输入强自旋轨道耦合范德华层的电信号极性控制；

所述范德华空间层由具有半导体带隙和电阻率的二维范德华材料构成，或由具有绝缘体带隙和电阻率的二维范德华材料构成；以及

所述室温范德华磁性固定层为具有超室温居里温度且垂直磁各向异性的二维磁性层，磁矩方向固定，不随强自旋轨道耦合范德华层输入电信号极性的变化而变化。

2.根据权利要求1所述的磁存储单元，还包括范德华钉扎层，所述范德华钉扎层设置于所述室温范德华磁性固定层上，所述范德华钉扎层由室温二维反铁磁材料构成。

3.根据权利要求1所述的磁存储单元，所述强自旋轨道耦合范德华层的制备材料选自二维WTe₂、二维MoS₂、二维PtTe₂。

4.根据权利要求1所述的磁存储单元，所述室温范德华磁性自由层和室温范德华磁性固定层的制备材料包括二维Fe₃GaTe₂。

5.根据权利要求1所述的磁存储单元，所述范德华空间层的制备材料选自二维hBN、二维GaSe、二维InSe、二维WSe₂、二维WS₂、二维MoTe₂、二维MoSe₂。

6.根据权利要求2所述的磁存储单元，所述范德华钉扎层制备材料包括二维TaCoTe₂。

7.根据权利要求2所述的磁存储单元，强自旋轨道耦合范德华层、室温范德华磁性自由层、范德华空间层、室温范德华磁性固定层或范德华钉扎层的厚度分别为单原子层厚度至五十纳米之间。

8.根据权利要求1所述的磁存储单元，由室温范德华磁性自由层、范德华空间层和室温范德华磁性固定层组成的隧道结的结电阻状态由室温范德华磁性自由层和室温范德华磁性固定层的相对磁化状态确定：当室温范德华磁性自由层和室温范德华磁性固定层的磁矩方向相同，隧道结为低电阻态；当室温范德华磁性自由层和室温范德华磁性固定层的磁矩方向相反时，隧道结为高电阻态。

9.一种基于全二维材料的室温全电控磁存储器，包括：

如权利要求1～8任一项所述的基于全二维材料的室温全电控磁存储单元；以及

金属顶电极，设置于所述磁存储单元的上方；

其中，所述金属顶电极作为室温全电控磁存储器的数据读取端；所述磁存储单元中的强自旋轨道耦合范德华层作为磁存储器的数据写入端。

10.根据权利要求9所述的磁存储器，还包括：

金属底电极，设置于所述磁存储单元中的强自旋轨道耦合范德华层下方，所述金属底电极作为磁存储器的数据写入端。