[发明专利]一种非易失自旋轨道转矩元件及其转矩方法

说明书

本发明涉及信息储存技术领域，具体涉及一种非易失自旋轨道转矩元件，包括：用于承载所述元件衬底；设置于衬底上方的第一电极；由重金属薄膜以及阻变薄膜组合沉积构成的异质结构层；以及形成于异质结构层上方的第二电极。在所述非易失自旋轨道转矩元件的第一电极以及第二电极处施加外加电场，能够实现阻变效应对自旋轨道转矩的磁矩翻转的调控。本发明克服了现有技术中的自旋轨道转矩驱动器件通过电流或电压调控的磁矩反转过程是易失的这一缺陷，而本发明的磁矩反转过程是非易失性的，当撤去电流或电压后，磁矩的翻转态会继续存在。本发明中使用的调节电压为低电压，调控过程中不会产生大量的能量损耗，有利于器件的节能化。

技术领域

本发明涉及信息储存技术领域，具体涉及一种非易失自旋轨道转矩元件以及基于该元件的电致阻变效应的非易失电控自旋轨道转矩方法。

背景技术

 自旋轨道转矩(Spin-Orbit Torque，SOT)基于自旋轨道耦合，利用电荷流诱导的自旋流来产生自旋转移力矩，进而达到调控磁性存储单元的目的。由于其读写路径分开化，能耗低，写入速度快，磁矩翻转性强，效率高，局域性强，稳定性高等优良性能，在磁信息存储器件，磁记忆，运算等领域具有重要的应用前景，引起科学界和技术界的广泛关注。

然而，尽管SOT能够调控输入电流或电压的大小实现很强的磁矩翻转，但其输入的电流或电压在调控磁矩反转过程是易失的。当撤去电流或电压后，磁矩的翻转态将消失，不利于SOT的磁信息存储。

例如申请号为CN201811135828.2的一种自旋轨道转矩驱动器件，包括顺序堆叠的第一磁性层、重金属层和第二磁性层的堆叠结构，其中所述第一磁性层具有面内各向异性，所述第二磁性层具有垂直各向异性。但是该器件在运行时需要持续保持电压，当撤去电流或电压后，磁矩的翻转态将消失，其调控磁矩反转过程是易失的。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的自旋轨道转矩驱动器件通过电流或电压调控的磁矩反转过程是易失的这一缺陷，提供了一种非易失自旋轨道转矩元件以及基于该元件的电致阻变效应的非易失电控自旋轨道转矩方法。

为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种非易失自旋轨道转矩元件，包括：

衬底，用于承载所述元件，所述的衬底为硅基衬底；

第一电极，所述的第一电极设置于衬底上方；

异质结构层，所述的异质结构层设置于第一电极上方，其由重金属薄膜以及阻变薄膜组合沉积构成；

第二电极，所述第二电极形成于异质结构层上方。

 阻变随机存储器在电极/绝缘层/电极组成的三明治异质结构中，通过在绝缘层上施加几伏的电压使其在高电阻态和低电阻态之间可逆切换，并且这两种阻态在撤去电压后可以长时间保持表现出非易失性。将阻变随机存储器的非易失性能与自旋轨道转矩(Spin-Orbit Torque，SOT)强的磁矩翻转性能相结合，这将为非易失电控SOT磁矩翻转的实现提供一个非常有效的途径。

在SOT的发展进程中，重金属材料在SOT的磁矩翻转研究中发挥着举足轻重的作用。重金属因具有强的自旋积聚和自旋霍尔效应，流动于重金属中的电流会产生竖直方向的自旋流，自旋流造成界面自旋积聚，积聚的自旋对相邻铁磁层产生力矩作用。而对于非易失性电致阻变效应的研究，在二元金属氧化物、钙钛矿结构氧化物和有机物等材料中都有研究。

我们将在硅基衬底上依次生长重金属薄膜和铁磁性金属与具有优异的电致阻变性能的阻变材料相结合，构成异质结构来实现阻变效应对自旋轨道转矩的非易失调控。

作为优选，所述的异质结构层中的重金属薄膜的材料为铂、钽、钯、或着钨中的一种。

 作为优选，所述的重金属薄膜材料的厚度为0.5~2 nm。