[发明专利]内联磁畴壁注入

说明书

本发明涉及一种用于生成沿输出磁性总线传播的磁畴壁流的方法(100)。该方法包括提供(101)一种包括磁传播层的设备(10)。该层包括多条磁性总线，包括用于引导传播磁畴壁的输出磁性总线。该层还包括多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的中央区域(15)。多条磁性总线包括至少第一(11)和第二(12)磁性总线，第一和第二磁性总线具有彼此相反的磁化取向使得将相反的磁化状态分隔的磁畴壁(16)被围住在凸区域(15)中。该方法还包括通过将自旋轨道和/或转移扭矩施加(106)到经围住的磁畴壁(16)以交替(107)两个稳定配置之间的经围住的磁畴壁(16)来生成(105)沿输出磁性总线(13)传播的磁畴壁流，其中每个稳定配置对应于其中输出磁性总线被接合到中央区域(15)的至少一个区域中的输出磁性总线(13)的不同磁化状态。

技术领域

本发明涉及自旋电磁学的领域。更具体而言，本发明涉及一种用于生成沿磁性总线传播的磁畴壁流以例如用于在磁畴壁存储器中记录数据的方法。

背景技术

磁畴通常被用于硬盘驱动器和磁随机存取存储器(MRAM)中以储存信息。当这些磁畴被包含在磁条带中时，可例如通过施加自旋转移扭矩(STT)或自旋轨道扭矩(SOT)来将它们沿该条带移位。因此，在磁畴中编码的信息可沿加长的磁性载体来被传播。该感生的磁畴壁(DW)运动可具有各种应用，尤其是对于逻辑和存储器设备而言。

磁畴壁存储器或赛道存储器是本领域已知的可潜在地提供高存储密度(例如，与常规磁盘驱动器相当)以及读和写操作中的高数据吞吐量(例如，提供与常规DRAM相当，或甚至更快的读和写速度)的非易失性存储器设备。在磁畴壁存储器(即，赛道存储器)中，自旋相干电流可被用来沿磁性总线(例如，沿坡莫合金线)移动磁畴序列穿过基板。读/写元件可被提供在基板附近的预先确定的位置处，以按数据流的形式对磁畴序列进行编码或解码。有利地，高的位密度可通过使用最先进的自旋电子设备对特别小的磁畴进行检测和/或操纵来被实现。

磁畴壁存储器可例如包括多条扁平磁性总线，例如，被布置在格栅中且附近布置有读和写头的扁平线。在本领域已知的另一配置中，U形线可被垂直地布置在底层基板上的读/写头上，例如，以在其上提供有读/写头的基板上提供小的占地面积。

例如，在美国专利US 6,834,005中描述了这样的磁畴壁存储器，其公开了一种使用磁性材料中的磁畴壁的固有的、自然属性来储存数据的移位寄存器。该移位寄存器使用自旋电子学，而不改变其构成材料的物理性质。移位寄存器包括磁性材料的精细轨道或条带。信息作为磁畴壁被储存在轨道中。电流可被施加到轨道以沿轨道移动磁矩穿过读或写设备，例如，磁读/写头。在具有磁畴壁的磁性材料中，跨磁畴壁通过的电流可在电流的方向上移动磁畴壁。当电子穿过磁畴时，电子变成“自旋极化了的”。当这些自旋极化了的电子穿过下一个磁畴并跨过磁畴壁时，它们在磁化强度上施加自旋扭矩。该自旋扭矩移动磁畴壁。因此，被储存在磁畴内的数据根据电流方向而被移位。当电流被施加时，磁畴可经过布置在轨道的紧邻近度内的磁读/写头，使得磁畴可被改变以记录数据流或者可被检测到以恢复数据流。

如本领域的实验所演示的，磁畴壁运动可通常通过磁场的施加来被创建。该办法具有的缺点在于，可能要求大电流来生成磁场，并且难以按比例减小。然而，Phung等人在发表于《纳米快报》(Nano Letters)2015年2月刊第835-841页中的“高效率内联磁畴壁注射器(Highly efficient in-line magnetic domain wall injector)”中公开了一种用于在不使用外部磁场的情况下注入磁畴壁的方法。在该方法中，小的面内区域被创建在经垂直磁化了的条带的末端。然后，面内电流被施加。由面内区域感生的自旋极化在附近的垂直磁化强度上生成自旋扭矩。磁畴壁因此在不使用外部磁场的情况下被注入。面内区域可例如通过离子辐照、电压控制的各向异性或离子蚀刻来被创建。然而，可能要求精确地控制这样的过程以避免设备之间的大的变化。此外，附加的约束可通过这些过程步骤被引入到工艺流程中，并且这些过程步骤可能暗示着成本的增加。

发明内容