[发明专利]二维材料为间隔层的磁子磁电阻器件及包括其的电子设备

说明书

本发明涉及磁子磁电阻(Magnonic Magneto‑Resistance,MMR)器件及包括其的电子设备。根据一实施例，一种磁子磁电阻器件其核心结构可包括：第一铁磁性绝缘层(Ferro‑magnetic Insulator,FMI₁)；设置在所述第一铁磁性绝缘层上的二维导电材料层(Spacer)；以及设置在所述二维导电材料层上的第二铁磁性绝缘层(Ferro‑magnetic Insulator,FMI₂)。本发明的磁子磁电阻器件可以增强自旋电子输运中的界面效应，从而提高磁子磁电阻器件的性能。

技术领域

本发明总体上涉及磁子学和磁子型器件领域，更特别地，涉及一种包括二维导电材料层的磁子磁电阻器件及包括所述磁子磁电阻器件的电子设备。

背景技术

自1975年在Fe/Ge/Co多层膜中发现隧穿磁电阻(TMR)效应以及1988年在磁性多层膜中发现巨磁电阻效应(GMR)以来，自旋电子学中的物理和材料科学的研究和应用取得了很大进展，尤其是磁性隧道结中自旋相关电子的隧穿输运性质和隧穿磁电阻效应已成为凝聚态物理中的重要研究领域之一。1995年Miyazaki等人和Moderola等人分别在“铁磁性金属/Al-O绝缘势垒/铁磁性金属”中发现了高的室温隧穿磁电阻效应，再次掀起了磁电阻效应的研究浪潮。在器件应用方面，1993年Johnson提出了一种由铁磁性金属发射极、非磁性金属基极和铁磁性金属集电极组成的“铁磁性金属/非磁性金属/铁磁性金属”三明治全金属自旋晶体管结构[参见M.Johnson的文章Science 260(1993)320]。这种全金属晶体管的速度可与半导体Si器件相比拟，但能耗低10-20倍，密度高约50倍，且耐辐射，具有记忆功能，可以应用于未来量子计算机的各种逻辑电路、处理器等；1994年，IBM研发出利用GMR效应的读头，使磁硬盘存储密度提高17倍，达到3Gb/in²。目前基于TMR效应的磁读头技术已经使磁硬盘存储密度提高到2000Gb/in²以上。

传统的GMR自旋阀结构采用了“磁性层/中间层/磁性层”的三明治结构，其中磁性层由铁磁性导电材料形成，中间层一般使用诸如Cu、Ru之类的非磁性导电金属层。电流可以垂直或沿面内流过GMR自旋阀结构，利用两个磁性层的磁矩的平行和反平行配置来产生磁致电阻。目前已经确定的是，磁致电阻是一种界面效应，其主要是利用电子在磁性层与中间层界面处的极化和散射来产生自旋极化电流，进而利用两个磁性层的磁矩的平行和反平行组态来调控自旋极化电流的输运，从而产生磁致电阻。但是，对于目前体结构的GMR自旋阀器件而言，当电子在上下磁性层和中间导电间隔层中流动时，不仅会受到一定程度的自旋散射，而且还有相当一部分自旋极化的电流会在上下磁性层中被分流，这会显著降低GMR自旋阀结构的磁致电阻的大小，且增大背景噪声。

可见，传统的GMR巨磁电阻器件仍有许多不足，限制了其实际应用范围。因此，需要继续探索新的自旋器件，以克服现有技术中的上述或其他不足之处。

发明内容

一示例性实施例提供一种磁子磁电阻器件，包括：第一铁磁性绝缘层；设置在所述第一铁磁性绝缘层上的二维导电材料层；以及设置在所述二维导电材料层上的第二铁磁性绝缘层。

在一些示例中，所述二维导电材料层具有1-10个原子层的厚度，优选地具有1-5个原子层的厚度，更优选地具有1-3个原子层的厚度。