[发明专利]基于磁性斯格明子的赛道存储器

说明书

本发明涉及基于磁性斯格明子的赛道存储器，其可包括存储轨道和设置在所述存储轨道上的读取部件。所述存储轨道由自旋霍尔效应层和形成在所述自旋霍尔效应层上的用于储存斯格明子的磁层形成，并且包括设置在其至少一端的移位写入端。所述移位写入端包括窄部、宽部、以及连接所述窄部和所述宽部的扩展部。所述窄部具有第一宽度，用于接收移位写入电流并且产生斯格明子。所述宽部延伸连接到所述存储轨道的主体部分以接收和移动所述斯格明子，并且具有比所述第一宽度更大的第二宽度。所述扩展部的与所述窄部连接的第一端具有所述第一宽度，与所述宽部连接的第二端具有所述第二宽度，并且从所述第一端的第一宽度逐渐扩展到所述第二端的第二宽度。

技术领域

本发明总体上涉及自旋电子学领域，更特别地，涉及一种基于磁性斯格明子的赛道存储器。

背景技术

2008年左右，美国的国家商业机器公司(IBM)提出了一种基于磁畴的赛道存储系统，如图1所示。参照图1，赛道存储系统100可包括磁移位寄存器10、写器件15和读器件20。移位寄存器10包括磁轨道11，其中可包括多个磁畴例如磁畴25、30以存储信息。通过向磁轨道11施加电流45，可以使磁畴25、30沿磁轨道11移动。移位寄存器10可包括数据区35和保留区40，保留区40可设置为足够长，例如可具有与数据区35近似相同的尺寸，以便在数据区35中的所有磁畴可以跨过读写器件(为了读取和写入磁畴的目的)而移动到保留区40中。然而，在图1的赛道存储系统100中，磁畴25、30较不稳定，难以控制各个磁畴具有均匀的大小，并且也难以准确地控制各个磁畴的移动，因此目前这样的赛道存储系统尚未投入市场应用。

磁斯格明子(Skyrmion)，简称斯格明子，如图2所示，是一种在拓扑结构上非平庸的具有涡旋组态的手性自旋结构。图2示出了朝向中心指向的涡旋结构，但是可以理解，斯格明子也可以具有从中心向外指向的涡旋结构。相较于平庸的磁性结构，斯格明子在能量上具有拓扑不连续性，因而具有更高的稳定性。已经有人提出了将斯格明子作为信息存储载体，应用于目前的磁存储器件中。但是，由于斯格明子具有相对独立的磁涡旋结构，其生成、驱动和读取过程都与传统的磁畴结构有所不同。因此，仍需改善磁存储器的结构，以便利用斯格明子来实现存储功能。

发明内容

本发明提供一种基于磁性斯格明子的赛道存储器，其通过特定的材料和结构，改善了斯格明子的生成、输运和读取过程，从而提高了磁存储器的可靠性和实用性。

根据本发明一实施例，提供一种基于磁性斯格明子的赛道存储器，其包括：存储轨道，由自旋霍尔效应层和形成在所述自旋霍尔效应层上的用于储存斯格明子的磁层形成，所述存储轨道包括设置在其至少一端的移位写入端，所述移位写入端包括窄部、宽部、以及连接所述窄部和所述宽部的扩展部，所述窄部具有第一宽度，用于接收移位写入电流并且产生斯格明子，所述宽部延伸连接到所述存储轨道的主体部分以接收和移动所述斯格明子，并且具有比所述第一宽度更大的第二宽度，所述扩展部的与所述窄部连接的第一端具有所述第一宽度，与所述宽部连接的第二端具有所述第二宽度，并且从所述第一端的第一宽度逐渐扩展到所述第二端的第二宽度；以及读取部件，设置在所述存储轨道的磁层上。

在一些实施例中，所述第一宽度为所述第二宽度的60％以下，优选地为所述第二宽度的50％以下，更优选的在所述第二宽度的10％至50％的范围内。

在一些实施例中，所述扩展部的扩展边相对于所述存储轨道的纵轴成一角度，所述角度在80度以下，优选地在10度至75度之间，更优选地在30度至60度之间。

在一些实施例中，所述读取部件具有圆形，且圆心位于所述存储轨道的中心纵轴线上，所述存储轨道关于所述中心纵轴线对称。

在一些实施例中，所述读取部件的直径在所述第一宽度的1.01倍至1.3倍的范围内，优选地在所述第一宽度的1.01倍至1.2倍的范围内。

在一些实施例中，所述读取部件包括：设置在所述存储轨道的磁层上的中间层；以及设置在所述中间层上的固定磁层，其中，所述固定磁层中形成有一个斯格明子。