[发明专利]用于具有体积单轴磁结晶各向异性的磁性层的自旋转移力矩切换的装置和方法

权利要求书

1.一种装置，所述装置包括：

第一磁性层，所述第一磁性层具有体积单轴磁结晶各向异性，其中所述第一磁性层的磁矩垂直于所述第一磁性层；和

邻近或接近所述第一磁性层的隧道势垒，其中所述第一磁性层的磁矩的取向通过由在所述第一磁性层和所述隧道势垒之间流动并且流过所述第一磁性层和所述隧道势垒的电流引起的自旋转移力矩来反转。

2.权利要求1所述的装置，其中所述第一磁性层是Heusler化合物。

3.权利要求2所述的装置，其中所述Heusler化合物包括Mn_xGe、Mn_xSn和Mn_xSb中的至少一种，其中x在2.5至3.5的范围内。

4.权利要求2所述的装置，其中所述Heusler化合物是三元四方Heusler。

5.权利要求4所述的装置，其中所述三元Heusler包括Mn₂CoSn、Mn₂CoSb、Mn₂OsSn和Mn₂RuSn中的至少一种。

6.权利要求5所述的装置，其中所述三元Heusler包括Mn₂CoSn。

7.权利要求1所述的装置，所述装置包括邻近或接近所述隧道势垒的第二磁性层。

8.权利要求7所述的装置，其中所述隧道势垒是MgO。

9.权利要求7所述的装置，其中所述隧道势垒是晶格与所述第一磁性层匹配并且允许自旋过滤的绝缘体，所述隧道势垒包括Mg_1-xAl_2-xO₄，其中-0.5<x<0.5。

10.一种方法，所述方法包括：

使用一种装置作为非易失性存储器单元，

其中所述装置包括：

第一磁性层，所述第一磁性层具有体积单轴磁结晶各向异性，其中所述第一磁性层的磁矩垂直于所述第一磁性层；

邻近或接近所述第一磁性层的隧道势垒，其中所述第一磁性层的磁矩的取向通过由在所述第一磁性层和所述隧道势垒之间流动并且流过所述第一磁性层和所述隧道势垒的电流引起的自旋转移力矩来反转；和

邻近所述隧道势垒的第二磁性层。

11.权利要求10所述的方法，所述方法包括：

通过使电流跨过所述隧道势垒流过所述装置来切换所述第一磁性层的磁化的取向。

12.一种装置，所述装置包括：

基底；

覆盖所述基底的Mn_xN层，其中2≤x≤4.75；

在室温为非磁性的多层结构，所述多层结构包括Co和E的交替层，其中E包括至少一种元素，所述至少一种元素包括Al，其中所述多层结构的组成由Co_1-xE_x表示，x在0.45至0.55的范围内，所述多层结构覆盖所述Mn_xN层；

包含Heusler化合物的第一磁性层，所述第一磁性层与所述多层结构接触，其中所述第一磁性层具有垂直于所述第一磁性层并且通过自旋转移力矩可切换的磁矩；

覆盖所述第一磁性层的隧道势垒；和

与所述隧道势垒接触的第二磁性层。

13.权利要求12所述的装置，所述装置包括与所述第二磁性层接触的封盖层。

14.权利要求12所述的装置，其中所述第一磁性层包含Mn，且包含Sn、Sb和Ge中的至少一种。

15.权利要求12所述的装置，其中所述第一磁性层还包含Co。

16.一种装置，所述装置包括：

基底；

覆盖所述基底的Mn_xN层，其中2≤x≤4.75；

在室温为非磁性的多层结构，所述多层结构包括Co和E的交替层，其中E包括至少一种元素，所述至少一种元素包括Ga、Ge和Sn中的至少一种，其中所述多层结构的组成由Co_1-xE_x表示，x在0.45至0.55的范围内，所述多层结构覆盖所述Mn_xN层；

包含Heusler化合物的第一磁性层，所述第一磁性层与所述多层结构接触，其中所述第一磁性层具有垂直于所述第一磁性层并且通过自旋转移力矩可切换的磁矩；

覆盖所述第一磁性层的隧道势垒；和

与所述隧道势垒接触的第二磁性层。