[发明专利]一种自旋纳米振荡器

说明书

本发明提供一种自旋纳米振荡器，依次包括：强自旋轨道耦合层、第一自由层、探测器的第一势垒层以及探测器的参考层，自旋轨道矩电流通过所述强自旋轨道耦合层输入，在所述强自旋轨道耦合层与所述第一自由层之间的界面交互作用的辅助下，诱导所述第一自由层磁矩发生进动，引发磁畴壁周期性振荡，所述探测器检测磁矩变化并通过所述探测器输出周期性信号，读写路径分离，防止击穿。

技术领域

本发明涉及自旋电子领域，尤其涉及一种自旋纳米振荡器。

背景技术

振荡器应用十分广泛，如雷达、基站等。然而传统的振荡器均存在一些不足，如：磁控管振荡器的体积大且频率较低；LC压控振荡器的振荡频率较低。为满足高工作频率、宽的可调频范围、低功耗、小型化和易集成等需求，自旋纳米振荡器受到广泛关注。

与传统的振荡器相比，自旋纳米振荡器拥有绝对的体积优势，易于集成，频率调制范围较宽，工作电压较低，功耗较低，有望作为新型微波振荡源取代传统的振荡器。

目前，自旋转移矩纳米振荡器(spin transfer torque nano-oscillator,STNO)以及基于斯格明子的自旋纳米振荡器引起了学术界和产业界的广泛关注。自旋转移矩纳米振荡器需要借助自旋转移矩(spin transfertorque，STT)电流，而自旋转移矩电流直接流经磁隧道结，有击穿风险，且读写路径不分离。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种自旋纳米振荡器，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自旋纳米振荡器，依次包括：强自旋轨道耦合层、第一自由层、探测器的第一势垒层以及探测器的参考层，自旋轨道矩电流通过所述强自旋轨道耦合层输入，在所述强自旋轨道耦合层与所述第一自由层之间的界面交互作用的辅助下，诱导所述第一自由层磁矩发生进动，引发磁畴壁周期性振荡，所述探测器检测磁矩变化并通过所述探测器输出周期性信号。

进一步地，自旋纳米振荡器还包括：MOS管，所述MOS管的源极或漏极连接所述参考层，用以施加电流，产生自旋转移矩电流。

进一步地，自旋轨道矩电流为单向电流。

进一步地，在所述强自旋轨道耦合层与所述第一自由层之间的界面之间存在DMI交换作用。

进一步地，在制备时通过控制退火温度、增加插入层等等，使得所述自由层受界面交互作用影响。

进一步地，当探测器覆盖区域下所述第一自由层的磁矩与所述参考层的磁矩相反，探测器表现为高阻态；当探测器覆盖区域下所述第一自由层的磁矩与所述参考层的磁矩相同，探测器表现为低阻态。

进一步地，探测器覆盖区域为整个自由层或局部覆盖。

进一步地，自旋纳米振荡器还包括：钉扎层，所述钉扎层设置在所述参考层任一侧。

进一步地，自旋纳米振荡器还包括：第二自由层以及插入层和/或第二势垒层，所述插入层和/或第二势垒层设置在所述第一自由层与所述第一势垒层之间，所述第二自由层设置在所述插入层或/或第二势垒层与所述第一势垒层之间。

进一步地，自旋纳米振荡器还包括：种子层以及封盖层，所述种子层设置在所述强自旋轨道耦合层的与所述第一自由层相反的一侧，所述封盖层设置在所述参考层的与所述第一势垒层相反的一侧。

进一步地，强自旋轨道耦合层的材料包括但不限制于反铁磁性材料或重金属材料。

进一步地，反铁磁性材料包括但不限制于：MnAu、CrSb、Mn₂As、NiMn、MnO、FeO、CoO、NiO、MnS、α-Fe₂O₃、FeS、FeCl₂或MnF₂。