[发明专利]自旋轨道耦合磁性器件、电子装置及其操作和制造方法

权利要求书

1.一种自旋轨道耦合磁性器件，其包括：

依次堆叠设置的N个叠层结构，其中，所述N个叠层结构每一个依次包括自旋轨道耦合材料层、磁性层以及隔挡层，并且所述磁性层具有垂直各向异性；以及

多个电极，分别耦接到所述N个叠层结构，

其中，N为大于或等于2的整数，

其中，所述N个叠层结构具有第一侧、第二侧、第三侧和第四侧，

其中，所述第一侧和第二侧在水平平面中的第一方向上相对设置，并且第三侧和第四侧在所述水平平面中的第二方向上相对设置，所述第一方向和所述第二方向在所述水平平面中相互垂直，

所述多个电极分别耦接到所述N个叠层结构的所述第一侧、所述第二侧、所述第三侧和所述第四侧，

所述N个叠层结构沿第三方向堆叠，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向，

其中，所述N个叠层结构形成为十字形状，并且所述十字形状具有第一端部、第二端部、第三端部和第四端部以作为所述第一侧、所述第二侧、所述第三侧和所述第四侧。

2.如权利要求1所述的器件，其中，所述自旋轨道耦合材料层的自旋霍尔角与所述隔挡层的自旋霍尔角符号相反。

3.如权利要求1所述的器件，其中，所述N个叠层结构中的每一个所述磁性层被设置为具有不同的矫顽力。

4.如权利要求1所述的器件，其中，所述自旋轨道耦合材料层的材料选自包括以下材料的集合中的至少一个或其组合：Ta、Pt、W、Re、Os、Ir、Au、Pd、Bi、Bi₂Se₃、Bi₂Te₃、Ni、Fe、Ni_1-xFe_x。

5.如权利要求1所述的器件，其中，所述磁性层的材料选自包括以下材料的集合中的至少一个或其组合：Co、Fe、Tb、Ni、Ge、Gd、B、Dy。

6.如权利要求1所述的器件，其中，所述隔挡层的材料选自包括以下材料的集合中的至少一个：SiN、SiO2、MgO、Al₂O₃、BN。

7.如权利要求1所述的器件，其中，所述电极的材料选自包括以下材料的集合中的至少一个或其组合：Ta、Pt、Ti、Au、Cr、Cu、Al。

8.一种电子装置，包括：

如权利要求1-7任一所述的自旋轨道耦合磁性器件；以及

至少一个控制器，被配置根据的控制信号来控制施加到所述叠层结构的电流以及磁场的大小和方向。

9.如权利要求8所述的装置，其中，所述控制器被配置为将一个或多个电流源连接到与所述N个叠层结构的第一端部和第二端部耦接的电极，以向其施加一个或多个操作电流。

10.如权利要求9所述的装置，其中，所述控制器被配置为将至少一个电压表连接到与所述N个叠层结构的第三端部和第四端部耦接的电极，以通过所述电压表来测量所述N个叠层结构的霍尔电压。

11.如权利要求10所述的装置，其中，所述控制器被配置为通过对所述自旋轨道耦合磁性器件施加操作电流和操作磁场，以获得所述操作电流的特征和所述操作磁场的特征与所述自旋轨道耦合磁性器件的反常霍尔电阻之间的映射关系，

其中，所述操作电流的特征包括所施加的电流的个数、大小以及方向，并且所述操作磁场的特征包括磁场强度和磁场方向。

12.如权利要求11所述的装置，其中，所述操作电流包括在水平平面内的第一方向上施加的第一电流，并且所述操作磁场包括在第三方向上施加的第一磁场，

其中，所述第三方向在竖直方向上垂直于第一方向。