[发明专利]一种基于磁相变逻辑信号源的运算器

说明书

本发明涉及信息技术逻辑器件技术领域，尤其涉及一种基于磁相变逻辑信号源的运算器。所述运算器以二维材料的磁相变作为逻辑信号源，用于执行算术运算或逻辑运算。所述二维材料选自石墨烯、第四主族石墨烯类似物和第四主族元素的蜂窝状二元化合物中的一种或几种。本发明以能发生磁相变的石墨烯等二维材料为基础，极大的缩小了器件的尺寸；原料来源广泛，成本低。

技术领域

本发明涉及信息技术逻辑器件技术领域，尤其涉及一种基于磁相变逻辑信号源的运算器。

背景技术

电子具有电荷和自旋两种基本属性。电子的电荷属性能够广泛应用在集成电路设计中。随着电子器件越来越小，硅基材料逐渐达到了其物理极限，摩尔定律逐渐失灵。寻找一种体积更小的逻辑信号源成为突破限制的最有效方法之一。2000年日本学者利用单个电子作为信号源，又有光学计算机利用光信号作为信息运算，但这些信号源操作难度系数较大，成本较高，所以有必要探寻其他的信号源。

2004年石墨烯的成功制备，颠覆了科学家对二维材料不能存在的观念，掀起了研究石墨烯及其他二维材料的热潮。二维材料只有分子层大小，可以有效的突破硅基器件的物理极限。石墨烯因其独特的性能引起了人们的广泛关注，特别是在磁结构、磁序、磁矩、铁磁性和反铁磁性等方面进行了广泛的研究。

众所周知，理想的石墨烯是非磁性的，有很多方法可以诱导磁性，如利用载流子掺杂、原子缺陷、晶界、空位、氢化学吸附等。但是，迄今为止，基于石墨烯的信息运算尚未报道。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种成本低、尺寸小的基于磁相变逻辑信号源的运算器。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于磁相变逻辑信号源的运算器，所述运算器以二维材料的磁相变作为逻辑信号源，用于执行算术运算或逻辑运算。

本发明的运算器可以执行算术运算(包括加减乘除等基本运算及其附加运算)和逻辑运算(包括移位、逻辑测试或两个值比较)。运算单元接受控制单元的命令而进行动作，即运算单元所进行的全部操作都是由控制单元发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件。

作为优选，所述二维材料为能够发生磁相变的二维材料。

作为优选，所述二维材料选自石墨烯、第四主族石墨烯类似物(半金属硅烯、锗烯)和第四主族元素的蜂窝状二元化合物(如SiC、SnGe)中的一种或几种。

作为优选，所述二维材料的磁相变发生条件为：通过调控二维材料的电子掺杂浓度(电子掺杂须为低掺杂)，并施加应力。

作为优选，施加应力的方向为扶手椅形方向或锯齿形方向。

本申请所述二维材料优选为石墨烯，本申请研究发现石墨烯在低掺杂条件下发生磁相变，而这种磁相变，可作为逻辑信号源进行逻辑运算。石墨烯晶格排列成六边形结构，可以看作是两个三角晶格组合而成，每个单元有两个原子。

紧束缚哈密顿量为：

第一项为最近邻跳跃哈密顿量，第二项为库仑排斥相互作用。t(≈2.6eV)是最近邻跳跃积分，表示在子格A(同子格B)上以自旋σ(σ＝↑，↓)湮灭(产生)一个电子。是电子数算符，μ是由电子数密度决定的化学势，p是电子掺杂浓度。

石墨烯有两种边界条件，扶手椅边界和锯齿形边界。应力可以改变最近邻跳跃积分，从而改变哈密顿量，最终导致能量发生变化。但是单纯的施加应力并不能使石墨烯发生磁相变。