[发明专利]一种多功能自旋电子逻辑门器件

权利要求书

1.一种多功能自旋电子逻辑门器件，其特征在于，包括：

磁性隧道结，所述磁性隧道结自顶层向底层顺次包括参考层、隧穿绝缘层、自由层，在所述自由层两侧至少一侧具有隔层，所述隔层的材料为铂、钽、钨、钛、铷、铬、铪、铝及对应金属氧化物中的一种或多种的任意组合；

与所述磁性隧道结的底层相邻并接触的基底，由重金属材料构成，所述基底在其周边耦接到第一和第二端子，所述第一和第二端子关于基底彼此相对，所述基底用于接收沿第一端子指向第二端子方向的逻辑输入电流；以及

位于所述参考层上方的顶部电极。

2.根据权利要求1所述的一种多功能自旋电子逻辑门器件，其特征在于：在所述自由层的两侧都具有隔层。

3.根据权利要求1或2所述的一种多功能自旋电子逻辑门器件，其特征在于：所述自由层为包括钴、铁、镍、钯、铝以及上述元素合金或掺硼合金构成的单层薄膜，或者为多层薄膜的复合薄膜。

4.根据权利要求1或2所述的一种多功能自旋电子逻辑门器件，其特征在于：所述隔层的厚度范围为0～2nm，所述基底的厚度范围为0.5～15nm，所述自由层的厚度范围为0.5～10nm。

5.根据权利要求1至4任一所述的一种多功能自旋电子逻辑门器件，其特征在于：所述逻辑输入电流输入的信号为电流脉冲强度不变、电流脉冲宽度变化的电流，或者电流脉冲宽度不变、电流脉冲强度变化的电流。

6.根据权利要求5所述的一种多功能自旋电子逻辑门器件，其特征在于：

当所述逻辑输入电流的电流脉冲宽度不变、电流脉冲强度变化时，随着电流脉冲强度的增大，至少具有使所述自由层初始磁化方向发生180°翻转的第一阈值电流密度、记做I_c1，使自由层初始磁化方向发生360°翻转的第二阈值电流密度、记做I_c2，以及使自由层初始磁化方向发生540°翻转的第三阈值电流密度、记做I_c3；

当所述逻辑输入电流的电流脉冲强度不变、电流脉冲宽度变化时，随着电流脉冲宽度的增大，至少具有使所述自由层初始磁化方向发生180°翻转的第一脉冲宽度阈值、记做t_c1，使自由层初始磁化方向发生360°翻转的第二脉冲宽度阈值、记做t_c2，以及使自由层初始磁化方向发生540°翻转的第三脉冲宽度阈值、记做t_c3。

7.根据权利要求6所述的一种多功能自旋电子逻辑门器件，其特征在于：所述逻辑输入电流由第一输入电流和第二输入电流复合而成，逻辑输入电流的电流强度等于第一输入电流和第二输入电流的电流强度之和，逻辑输入电流的脉冲宽度等于第一输入电流和第二输入电流的脉冲宽度之和；所述第一输入电流和第二输入电流的电流强度具有高低电平两种状态，高低电平状态各记做I_H和I_L，分别对应逻辑值1和0或者0和1；或者所述第一输入电流和第二输入电流具有长短脉冲宽度两种状态，长短脉冲两种状态各记做t_H和t_L，分别对应逻辑值1和0或者0和1。

8.根据权利要求7所述的一种多功能自旋电子逻辑门器件，其特征在于：

设置I_H+I_L<I_c1，且I_c1/2<I_H<I_c2/2；或者

设置t_L+t_H<t_c1，且t_c1/2<t_H<t_c2/2；当所述自由层和参考层初始磁化方向反向平行时，所述多功能自旋电子逻辑门器件被配置为逻辑与门，当所述自由层和参考层初始磁化方向平行时，所述多功能自旋电子逻辑门器件被配置为逻辑与非门。