[发明专利]自旋阀和包含所述自旋阀的自旋电子器件

说明书

本公开的示例性实施例提供了一种自旋阀和包括所述自旋阀的自旋电子器件。所述自旋阀可以包括依次堆叠的两个或多个磁性层，其中，所述两个或多个磁性层中的任意两个相邻磁性层具有不同的矫顽力，且所述任意两个相邻磁性层中的至少一个磁性层是范德瓦尔斯磁性层，其中，所述范德瓦尔斯磁性层是指由范德瓦尔斯磁性材料形成的磁性层。

技术领域

本公开总体上涉及自旋电子学和自旋电子器件领域，具体地，涉及一种自旋阀和包含该自旋阀的自旋电子器件。

背景技术

目前使用的自旋阀的基本原理在于通过在两个磁性层之间插入非磁性间隔层而磁去耦，这保证了两个磁性层的磁矩具有平行和反平行配置，从而产生磁电阻效应。这种“磁性层/间隔层/磁性层”的三明治结构中的磁电阻效应是磁传感、数据存储和处理技术的基石。基于此，促使了20多年来基于巨磁电阻(Giant Magneto Resistance，GMR)效应和隧穿磁电阻(Tunnel Magneto Resistance，TMR)效应的信息产业的蓬勃发展。然而，由于电子在穿过间隔层以及间隔层和磁性层之间的界面时难以保证自旋角动量不变，所以利用非磁性间隔层使两个磁性层去耦的自旋阀的发展受到限制。此外，三层结构的自旋阀还不利于器件的小型化。

因此，需要一种无间隔层的自旋阀和包括所述自旋阀的电子器件。

发明内容

本公开的目的在于至少解决上述问题中的一部分或全部。

本公开的一个方面提供了一种自旋阀，所述自旋阀可以包括依次堆叠的两个或多个磁性层，其中，所述两个或多个磁性层中的任意两个相邻磁性层具有不同的矫顽力，且所述任意两个相邻磁性层中的至少一个磁性层是范德瓦尔斯磁性层，其中，所述范德瓦尔斯磁性层是指由范德瓦尔斯磁性材料形成的磁性层。

在一个示例中，每个范德瓦尔斯磁性层可以由相同的范德瓦尔斯磁性材料形成。

在另一示例中，所述两个或多个磁性层中的至少一个范德瓦尔斯磁性层可以具有不同于所述两个或多个磁性层中的另一范德瓦尔斯磁性层的范德瓦尔斯材料。

在另一示例中，所述范德瓦尔斯磁性层可以由以下项中的至少一个形成：范德瓦尔斯磁性金属、范德瓦尔斯磁性半金属、范德瓦尔斯磁性半导体、范德瓦尔斯磁性超导体、范德瓦尔斯磁性绝缘体、范德瓦尔斯铁磁材料、范德瓦尔斯反铁磁材料、范德瓦尔斯面内磁各向异性材料、范德瓦尔斯面外磁各向异性材料、有机范德瓦尔斯磁性材料和无机范德瓦尔斯磁性材料。

在另一示例中，所述两个或多个磁性层中的非范德瓦尔斯磁性层可以由相同或不同的化学键键合的磁性材料形成。

在另一示例中，所述两个或多个磁性层中的非范德瓦尔斯磁性层可以由以下项中的至少一个形成：磁性金属、磁性半金属、磁性半导体、磁性超导体、磁性绝缘体、铁磁材料、反铁磁材料、面内磁各向异性材料、面外磁各向异性材料、有机磁性材料和无机磁性材料。

在另一示例中，所述两个或多个磁性层中的至少一个磁性层可以具有固定磁化方向，且其他磁性层可以具有自由磁化方向。

在另一示例中，所述自旋阀还包括钉扎层，可以设置在所述至少一个磁性层的上方和/或下方，并可以配置为固定所述至少一个磁性层的磁化方向。

本公开的另一方面提供了一种自旋电子器件，包括上述示例性实施例中的任一项所述的自旋阀。

在一个示例中，所述自旋电子器件可以是磁存储器、自旋晶体管、自旋二极管、自旋逻辑器件、自旋振荡器、磁敏传感器或温度传感器。

附图说明

图1示出了传统自旋阀的典型三层结构的侧视图；

图2示出了根据本公开示例性实施例的无间隔层自旋阀的双层结构的侧视图；

图3示出了根据本公开示例实施例的包括钉扎层的自旋阀的结构的侧视图；