[发明专利]具有充电互连和磁电节点的自旋轨道逻辑单元

说明书

一种装置包括：自旋到充电转变节点；以及充电到自旋转变节点，其中自旋到充电转变节点的输入在充电到自旋转变节点处产生输出。一种装置包括磁体，磁体包括输入节点和输出节点，输入节点包括能够操作用于在磁体中产生磁性响应的电容器，而输出节点包括至少一种自旋到充电转变材料。一种方法包括：从第一磁体注入自旋电流；将自旋电流转变成能够操作用于产生与第二磁体的磁电交互作用的充电电流；以及响应于磁电交互作用而改变第二磁体的磁化方向。一种方法包括：从磁体的输入节点注入自旋电流；以及在磁体的输出节点处将自旋电流转变成充电电流。

技术领域

集成电路设备。

背景技术

自旋电子逻辑单元描述利用磁化或自旋物理变量作为计算变量的一类集成电路设备。这样的变量可以是非易失性的，即当到集成电路的功率被切断时保持计算状态。非易失去性逻辑单元可通过允许设计师更经常地将处理器置于未供电的睡眠状态、以较少的能量实现计算来提高功率和计算效率。

由于用于将充电转变成自旋变量的机制的低效率，现有的自旋电子逻辑单元选择通常遭受高能和相对长的切换定时器，反之亦然。特别是，这导致产生高焦耳热耗散的大写入电流(每比特100微安(μA/bit)的量级)和慢切换时间(10纳秒(ns)的量级)，在该时间期间，电流需要是“接通的”。

附图说明

图1示出具有磁电切换的自旋轨道逻辑(SOL)设备以及用于信号注入和检测的操作机制的实施例的顶透视侧视图。

图2示出在逻辑中继器操作中的SOL设备的顶透视侧视图。

图3示出在逻辑反相器操作中的SOL设备的顶透视侧视图。

图4示出SOL设备的CMOS集成的顶布局视图。

图5示出集成了SOL设备的多数门(majority gate)的顶布局视图。

图6示出使用具有CMOS集成的SOL设备的两个级联状态元件的顶透视侧视图。

图7A-7B示出具有逻辑功能的自旋轨道逻辑设备的另一实施例，特别示出反相操作的两个不同状态。

图8是实现一个或多个实施例的内插件。

图9示出计算设备的实施例。

具体实施方式

在一个实施例中，描述了组合“自旋到充电”和“充电到自旋”转变的物理现象的电路装置或设备。自旋到充电转变经由逆Rashba-Edelstein效应或逆自旋霍尔效应实现，其中从输入磁体注入的自旋电流产生充电电流，其符号由磁化方向确定。充电到自旋转变通过直接磁电效应来实现，其中充电电流在电容器上产生导致切换的输出磁体的磁化或混合或级联效应的电压，其中例如通过两个转换(transduction)的级联或材料中的物理现象(例如电压到应变转换和应变到磁化转换)来实现磁电效应的材料的组合。例如，组合或连接自旋到充电设备和充电到自旋设备的装置经由使用磁电切换和减小的切换能量(例如1attojoule(aJ)到10aJ)提供高速逻辑操作(例如100皮秒(ps)的量级)，因为电流需要在相对短的时间(例如3ps的量级)期间是“接通的”且驱动供电电压相对低。

图1示出自旋轨道设备的实施例的顶透视侧视图。SOL设备100包括由充当充电互连的通道(channel)连接的两个纳米级磁体。设备100包括磁体110(例如纳米级磁体)和磁体120(例如纳米级磁体)，均由铁磁性材料以及形式为X2YZ或XYZ的Huesler合金系列铁磁体构成，其中所述铁磁性材料例如是Co、Fe、Ni、Gd及其合金，并且其中X、Y、Z可以是Co、Fe、Ni、Al、Ge、Ga、Gd、Mn等的元素。磁体110由导电材料(例如铜材料)的通道130或2D导电通道(例如石墨烯、二硫化钼(MoS₂))连接到磁体120。