[发明专利]一种非易失性电场调控磁化强度的信息存储器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种非易失性电场调控磁化强度的信息存储器件，属于信息存储技术领域。

背景技术

近年来，利用电场来调控磁性的研究一直是一个意义重大并颇具难度的课题。在室温下，实现电场对磁性的调控，可以解决当前信息存储领域利用磁场或电流写入时的高功耗问题，从而在应用方面有很大的前景。与此相关的材料和结构的研究也被广泛地开展。然而目前室温下具有较好的磁电性能的材料(如BiFeO₃)很少，磁电耦合系数也较小；而在以应力为媒介的复合体系中，通过间接的磁电耦合方法，实现电场调控磁性具有较大可行性。各种铁磁/铁电的复合材料也在广泛的被尝试。本申请人曾经提出过发明名称为“电场辅助磁存储器件”、申请号为201010033877.2的专利申请，发明中提出了通过利用电场改变磁性材料的矫顽场(Hc)的方式，从而可以减小写入磁头的磁场。考虑进一步的实际应用，更需要电场能够直接对磁化强度(M)进行调控，而目前所有的室温下磁化强度随电场变化的行为(以下简称ME曲线)中都是接近铁电材料应变回线的蝶形曲线，当电场撤掉之后，被调制磁状态不能很好地保持，这对于实际应用是很不利的。

发明内容

本发明的目的是提出一种非易失性电场调控磁化强度的信息存储器件，针对现有的室温下电场调控磁性中，电场撤掉之后，被调制磁状态不能很好地保持的易失性行为，改变已有存储器件的结构，以实现电场调控磁性的ME曲线具有电滞回线或磁滞回线的回滞(以下简称Loop)行为。

本发明提出的非易失性电场调控磁化强度的信息存储器件，由第一金层、钽层、铁磁层、铁电层和第二金层组成；所述的第一金层、钽层、铁磁层、铁电层和第二金层由上而下依次重叠，其中所述的第一金层的厚度为200-300纳米，所述的钽层的厚度为5-10纳米，所述的铁磁层的厚度为10-20纳米，所述的铁电层的厚度为0.2-0.5毫米，所述的第二金层的厚度为300-500纳米。

上述信息存储器件中，所述的铁电层具有三方对称性，在正负电场的作用下发生109度电畴翻转。

上述信息存储器件中，所述的铁磁层为无磁晶各向异性的非晶或多晶结构，并对109电畴翻转有响应。

本发明提出的非易失性电场调控磁化强度的信息存储器件，其优点是：

根据本发明设计的多铁复合结构，当在此结构的[001]方向上施加并改变电压，并在[110]方向测磁时，能够看到磁化强度随电场变化一周(从0千伏/厘米逐渐变到+8千伏/厘米，再逐渐减小到0千伏/厘米，然后反向增大到-8千伏/厘米，然后再逐渐减小至0千伏/厘米)体现出类似电滞、磁滞回线的Loop特征，表现为电对磁调控的非易失性，在实际应用中可以直接实现电场E对磁化强度M的调控，同时撤掉电场后，被调制的磁化强度M能够较好地保持，从而方便电场对磁记录操控，并能节省能耗。

附图说明

图1是本发明提出的非易失性电场调控磁化强度的信息存储器件的结构示意图。

图2是对本发明的信息存储器件进行性能测试的电路示意图。

图3是为本发明的信息存储器件在室温、5奥斯特磁场下，沿单晶样品的[110]方向测磁时，磁化强度以及极化电流随外加电场的变化关系。

图4是本发明的信息存储器件在室温，5奥斯特磁场下，沿单晶样品的[110]方向测磁时，使用脉冲电场控制磁化强度的实验结果示意图。

图5是本发明的信息存储器件的工作原理示意图。其中图5(a)为实现非易失电控磁效应的铁电极化翻转的原理示意图，图5(b)为铁磁性对电极化翻转响应的原理示意图。

图1和图2中，1是第一金(Au)层，2是钽(Ta)层，3是铁磁层(CoFeB)，4是成分为30％的铌镁酸铅钛酸铅(以下简称PMN-30％PT或PMN-PT)铁电层，5是第二金层，6是样品(具体结构如图1所示)，7是电流计(Keithley 2400型电表)，8是电压源(Keithley6517A型电表)，9是保护电阻，阻值为16兆欧姆。

具体实施方式

本发明提出的非易失性电场调控磁化强度的信息存储器件，其结构如图1所示，由第一金层1、钽层2、铁磁层3、铁电层4和第二金层5组成。第一金层1、钽层2、铁磁层3、铁电层4和第二金层5由上而下依次重叠，其中所述的第一金层的厚度为200-300纳米，所述的钽层的厚度为5-10纳米，所述的铁磁层的厚度为10-20纳米，所述的铁电层的厚度为0.2-0.5毫米，所述的第二金层的厚度为300-500纳米。