[发明专利]一种基于布洛赫型畴壁的自旋波逻辑器件

说明书

一种基于布洛赫型畴壁的自旋波逻辑器件，属于磁振子器件技术领域。该自旋波逻辑器件包括弯曲畴壁波导、激发自旋波的微带天线和接收天线；所述弯曲畴壁波导包括硬磁层和位于硬磁层之上的软磁层，所述激发自旋波的微带天线与弯曲畴壁波导的两端固定连接，所述接收天线位于弯曲畴壁波导对称轴上、且与弯曲畴壁波导的软磁层固定连接。本发明提供的一种自旋波逻辑器件，自旋波传输是基于布洛赫型畴壁波导，硬磁层通过交换耦合作用对软磁层有效场分布产生影响，使其形成纳米尺度的布洛赫型畴壁。因此，自旋波传输时无需外场能量输入，大大降低了系统的能耗，同时增强了自旋波的抗干扰性。

技术领域

本发明属于磁振子器件技术领域，具体涉及一种通过磁场调控的基于布洛赫型畴壁的自旋波逻辑器件。

背景技术

传统COMS器件都是通过载流子来进行信息的传输和处理，但随着器件的小型化，它们的性能已经接近物理极限，因为在高频、低尺度环境下，其制造技术、生产成本以及运行时高功耗都限制了其未来的发展。因此，发展新型的超CMOS器件即“非电荷型器件”将是未来集成电路发展的必经之路。作为一种替代方法，磁振子器件的发展拥有巨大的潜力和优势。磁振子是自旋波的量子态，它是由有序磁性材料的共振激发而产生的，它能够应用于信号传输和信息处理，信息可以被编码到磁振子相位或者密度中，因为磁振子具有波的所有特征，因此可通过波具有的特征来进行数据处理，如波的干涉性。磁振子器件最大的优势是低能耗，因为磁振子的传输几乎不产生焦耳热；另外，在千兆赫兹到太赫兹频率范围内，它的波长比电磁波小几个量级，更有利于器件的小型化。磁振子晶体是制造磁振子器件的主要载体，其特性和设计直接关系到器件的整体性能，因此研究低功耗、小尺寸、可重构的磁振子晶体成为当前的热点。

目前，各类磁振子晶体已被广泛的研究，如微磁条阵列型、点阵型、反点阵型、刻蚀槽型、内部磁场周期变化型、离子注入饱和磁化强度型。但是，这些关于磁振子晶体的研究都是需要持续地施加外场，从而造成额外的能量损耗，无法体现磁振子器件低能耗的特点。而且，制造纳米尺度的磁振子器件的主要挑战是如何精确地制造具有纳米结构的磁振子波导，同时能够在纳米尺度对结构进行可控的修改。因此，涉及到光刻和纳米编制工艺的问题，如边界粗糙或设备尺寸维度的变化，在设计尺寸低于100纳米情况下都可能对器件自旋波传输性能产生消极的影响。最近，一种基于单个磁畴壁传输自旋波的设计模式能够克服这些主要的缺陷，作为一种可重构的不用外加磁场的波导。但是这种波导主要是基于奈尔型畴壁的结构，其传输的自旋波具有非互易性，也就是在同样的激发频率下，自旋波沿畴壁的正反两个方向传输具有不同的振幅、速度，这使得它很难应用到磁振子系统中，制作出具有逻辑功能的器件。另外，其自旋波传输速度较低，很难设计出具有高传输速率功能的器件。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出一种磁场调控的、具有互易性的、基于布洛赫型畴壁的纳米尺度自旋波逻辑器件。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于布洛赫型畴壁的自旋波逻辑器件，如图3所示，包括弯曲畴壁波导3、激发自旋波的微带天线1和接收天线2；所述弯曲畴壁波导包括硬磁层和位于硬磁层之上的软磁层，所述激发自旋波的微带天线与弯曲畴壁波导的两端固定连接，所述接收天线位于弯曲畴壁波导对称轴上、且与弯曲畴壁波导的软磁层固定连接；

所述软磁层上外磁场分界线的一边施加垂直软磁层薄膜向上的外磁场，另一边施加垂直软磁层薄膜向下的外磁场，即可在弯曲畴壁波导上产生布洛赫型畴壁。

进一步地，所述弯曲畴壁波导为半圆弧形。

进一步地，所述软磁层上外磁场分界线将弯曲畴壁波导分为完全相同的两部分。

进一步地，所述软磁层为坡莫合金(Permalloy)等；所述硬磁层为Co/Pd合金等。

进一步地，所述弯曲畴壁波导3上产生的布洛赫型畴壁中，磁矩的磁化方向与弯曲波导的切线方向一致。