[发明专利]一种基于磁性斯格明子的片上信息传输器件

权利要求书

1.一种基于磁性斯格明子的片上信息传输器件，其特征在于：它是由磁性斯格明子信号生成器，用于磁性斯格明子信号传输的磁纳米轨道以及用于检测磁性斯格明子的信号读取装置组成；磁性斯格明子信号生成器位于磁纳米轨道发送端，磁性斯格明子信号读取装置位于磁纳米轨道接受端，磁纳米轨道起到连接整个器件的作用；系统工作时由磁性斯格明子信号生成器将需要传输的信号转换为磁性纳米带上的斯格明子，经磁纳米轨道传输后，位于末端的磁性斯格明子信号读取装置读取信号将信息还原为所需的电信号；

所述磁性斯格明子信号生成器，其结构从上到下分别为数据线、强自旋极化层、铁磁层和强自旋轨道耦合层，彼此之间相互接触连接；该数据线是金属导电材料，为长条形金属薄膜结构，用于将需要发送的电信号传输至磁性斯格明子信号生成器；该强自旋极化层是指具有强自旋极化能带结构的材料，用于将普通电流转化为具有自旋极化的自旋极化电流，形状呈圆柱形或方形；该铁磁层和强自旋轨道耦合层为磁纳米轨道部分；铁磁层用于形成磁性斯格明子，并能够使生成的磁性斯格明子在自旋极化电流作用下沿垂直方向运动；该强自旋轨道耦合层用于产生生成磁性斯格明子所需的DMI效应；

所述磁性斯格明子信号读取装置结构从上到下分别为数据线、参考层、金属氧化物层、铁磁层、强自旋轨道耦合层和电流脉冲线，彼此之间相互接触连接；该数据线是金属导电材料，用于传输读取后的电信号，为长条形金属薄膜结构；该参考层是自旋极化方向固定的CoFeB，呈圆柱形或方形的薄膜结构，电流在通过铁磁层与参考层之后会因为铁磁层磁化结构的不同产生不同的电压高低，从而读取铁磁层磁化结构中包含的信息；该金属氧化物层是MgO，Al₂O₃金属氧化物，用于产生隧穿效应，形状与参考层保持一致；该铁磁层和强自旋轨道耦合层为纳米轨道部分；铁磁层用于接收从磁纳米轨道传到的磁化结构信息，强自旋轨道耦合层则用于产生生成与保持磁性斯格明子所需的DMI效应；该电流脉冲线是金属导电材料，用于传输读取信息的电脉冲，其形状结构与数据线相同；

所述磁纳米轨道结构从上到下为铁磁层和强自旋轨道耦合层，两层之间相互接触连接；该铁磁层指由具有垂直各向异性的铁磁性材料，为Fe构成的纳米薄膜，其功能是产生和传递磁性斯格明子；该强自旋轨道耦合层指具有较大自旋轨道耦合矩的材料，为Ir，Pt重金属材料，其功能是产生生成与保持磁性斯格明子所需的DMI效应；磁纳米轨道其末端刻蚀一个三角状刻痕，用于消除已经读取过数据后的磁性斯格明子。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁性斯格明子的片上信息传输器件，其特征在于：该读取电流脉冲与驱动电流脉冲具有相同的脉冲宽度，但是相位相差九十度；保证当读取电流脉冲为高电平时驱动电流脉冲为低电平，这时由于沿磁纳米轨道径向的驱动电流为零，磁性斯格明子停止移动，通过调节驱动电流大小和磁纳米轨道长度的关系使得携带对应信息的磁性斯格明子态或铁磁态在读取脉冲到达时恰好位于磁性斯格明子信号读取装置中，此时电流将沿垂直方向流过磁性斯格明子信号读取装置，从而根据磁性斯格明子信号读取装置中磁化状态为磁性斯格明子或是铁磁态，对应的产生高电平或低电平，还原发送信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁性斯格明子的片上信息传输器件，其特征在于：该发送端的强自旋极化层为圆形，方形或椭圆形，宽度或直径小于磁纳米轨道的宽度。