[发明专利]基于磁性斯格明子的具有环形磁性赛道结构的JK触发器

说明书

本发明公开了一种基于磁性斯格明子的具有环形磁性赛道结构的JK触发器，本发明将磁性斯格明子置于环形磁性赛道中，采用电压驱动的方式使斯格明子在磁性赛道中循环运动，并通过磁隧道结来读取斯格明子在磁性赛道中的状态，进而实现JK触发器的逻辑功能，保障了基于斯格明子的JK触发器使用时的稳定性。

技术领域

本发明涉及JK触发器领域，更具体地说，涉及一种基于磁性斯格明子的具有环形磁性赛道结构的JK触发器。

背景技术

JK触发器属于逻辑器件中较为常见的一种器件，是数字电路中不可或缺的一个组件，传统的逻辑器件普遍采用的CMOS工艺制备，随着器件集成度的提升，这种半导体技术的缺陷逐渐暴露出来：一方面晶体管随着尺寸的减小其漏电流不断增大，器件的功耗逐步增大；另一方面晶体管电路逐渐趋于性能极限，继续提高集成度将变得十分困难。

磁性斯格明子是磁性材料中一种具有拓扑保护特性的磁结构，由于其纳米尺寸(直径最小仅有几个纳米)，拓扑保护(稳定性好)等特性，因此磁性斯格明子作为高集成度器件的信息存储介质有着得天独厚的优势，可以应用于存储器和逻辑器件中。目前所提出的磁性斯格明子逻辑器件均为直赛道结构，通过驱动在输入端生成的斯格明子运动至输出端来实现逻辑功能，这种结构会导致此类器件在运算后使得斯格明子滞留在器件中，进而影响器件的二次使用。因此，一种可重复使用的斯格明子逻辑器件设计方案是十分有必要的。

相关研究表明，磁性斯格明子的运动可以通过电压控制磁性材料的磁各向异性能梯度变化来实现(Wang X et.al,Efficient skyrmion transport mediated by voltagecontrolled magnetic anisotropy gradient)，并且磁隧道结(MTJ)可以用于读取斯格明子的状态(Jaffrès,H,et.al,Angular dependence of the tunnel magnetoresistancein transition-metal-based junctions)。以上技术手段已通过实验和理论得到证实，均被本发明所采用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中所提出的磁性斯格明子JK触发器均为直赛道结构，该结构是通过驱动在输入端生成的斯格明子运动至输出端来实现逻辑功能，这种结构会导致此类器件在运算后使得斯格明子滞留在器件中，进而影响器件的二次使用的技术缺陷，提供一种基于磁性斯格明子的具有环形磁性赛道结构的JK触发器。

本发明解决其技术问题，所采用的基于磁性斯格明子的具有环形磁性赛道结构的JK触发器，采用环形磁性赛道结构，环形磁性赛道结构为由第1赛道至第4赛道依次连接而成的环形，第1赛道和第3赛道为直赛道，第2赛道和第4赛道为弯曲赛道，每段赛道均为一端厚一端薄的楔形结构，任意两个楔形结构的连接处为一个楔形结构的厚端与另一个楔形结构的薄端连接；

每段赛道包括依次设置的电极层、介电层以及第一铁磁层，即共4段电极层、4段介电层以及4段第一铁磁层；4段第一铁磁层为一体成型的整体，4段电极层及4段介电层均为4段独立的结构，且任意相邻的两介电层的厚度不一致，从而使得任意相邻的两电极层之间是非接触的，以保证绝缘；磁性斯格明子初始固化于第1赛道或第3赛道；

其中一个直赛道在第一铁磁层上设置有磁隧道结，磁隧道结上引出JK触发器的OUTPUT端，第一铁磁层上引出JK触发器的接地端，第2赛道和第4赛道的电极层一个用来引出JK触发器的INPUT J端，另一个用来引出INPUT K端，第1赛道和第3赛道的电极层用来引出CLK端。

进一步地，在本发明的基于磁性斯格明子的具有环形磁性赛道结构的JK触发器中，所述磁隧道结包括依次设置的：磁隧道结所在的第一铁磁层、绝缘层和第二铁磁层，所述绝缘层位于磁隧道结所在的第一铁磁层的接触面的相对面上，所述接触面是指磁隧道结所在的第一铁磁层与介电层相接触的面，所述OUTPUT端从所述第二铁磁层上引出。