[发明专利]基于斯格明子的电子神经元及人工神经网络

说明书

本发明涉及一种基于斯格明子的电子神经元及人工神经网络。该电子神经元包括一斯格明子产生及驱动装置和一环形探测装置；其中，所述斯格明子产生及驱动装置包括一磁性纳米薄膜和一电流注入层；所述电流注入层和所述环形探测装置均设于所述磁性纳米薄膜上，所述电流注入层设于所述环形探测装置的中心；所述电流注入层设置为在一产生电流的作用下产生一磁性斯格明子，并在一驱动电流的作用下驱动所述磁性斯格明子以远离所述电流注入层的方向运动；其中，产生电流的电流密度大于驱动电流的电流密度；所述环形探测装置设置为对运动至其探测范围内的磁性斯格明子进行探测。本申请可有效降低现有人工神经网络的尺寸和成本。

技术领域

本发明涉及人工神经网络技术领域，特别是涉及一种基于斯格明子的电子神经元及人工神经网络。

背景技术

与生物神经网络类似，现有的人工神经网络也包含了大量的神经元和突触。而这些神经元和突触目前主要是由互补金属氧化物半导体(CMOS)构成的。因此，现有的人工神经网络将面临两大主要挑战。其一，网络的结构和大小将会受限于神经元和突触的尺寸；其二，如此大的硬件设施也必定会消耗大量的能量。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种基于斯格明子的电子神经元及人工神经网络。

一种基于斯格明子的电子神经元，包括一斯格明子产生及驱动装置和一环形探测装置；其中，所述斯格明子产生及驱动装置包括一磁性纳米薄膜和一电流注入层；

所述电流注入层和所述环形探测装置均设于所述磁性纳米薄膜上，所述电流注入层设于所述环形探测装置的中心；

所述电流注入层设置为在一产生电流的作用下透过所述磁性纳米薄膜产生一磁性斯格明子，并在一驱动电流的作用下驱动所述磁性斯格明子以远离所述电流注入层的方向运动；其中，所述产生电流和所述驱动电流均以垂直于所述磁性纳米薄膜的方向注入至所述电流注入层；

所述环形探测装置设置为对运动至其探测范围内的磁性斯格明子进行探测。

在其中一个实施例中，所述磁性纳米薄膜采用具有DM相互作用且能够稳定所述磁性斯格明子的磁性纳米材料制成。

在其中一个实施例中，所述铁磁纳米薄膜的形状为圆盘形，所述圆盘形铁磁纳米薄膜的直径范围为80nm至120nm之间。

在其中一个实施例中，所述电流注入层包括钉扎层和间隔层；

所述间隔层设于所述磁性纳米薄膜上；

所述钉扎层设于所述间隔层上。

在其中一个实施例中，所述产生电流的电流密度大于所述驱动电流的电流密度。

在其中一个实施例中，所述电流注入层与所述磁性纳米薄膜接触的表面形成一纳米点接触，所述纳米点接触的半径r₁与所述磁性斯格明子的半径r₂之间满足以下公式：

r₁＝r₂±C

其中，C的取值范围在2nm至3nm之间。

在其中一个实施例中，所述环形探测装置为圆环形隧道结，所述圆环形隧道结的内径小于或等于所述磁性斯格明子的最大运动半径。

在其中一个实施例中，还包括：

电流注入装置，所述电流注入装置与所述电流注入层连接，用于向所述电流注入层注入所述产生电流或所述驱动电流。

在其中一个实施例中，还包括：

外围电路，与所述环形探测装置电连接，设置为在所述环形探测装置探测到所述磁性斯格明子时输出一电信号。