[发明专利]基于拓扑绝缘体材料和自旋轨道转矩效应的磁子阀结构

权利要求书

1.一种基于拓扑绝缘体材料和自旋轨道转矩效应的磁子阀结构，其特征在于，包括：衬底、拓扑绝缘体层、磁子阀部件及金属电极；

所述拓扑绝缘体层、磁子阀部件及金属电极由下至上依次位于衬底上；

所述磁子阀部件由下至上依次包括：第一铁磁绝缘体层、反铁磁层及第二铁磁绝缘体层，或所述磁子阀部件由下至上依次包括：第一铁磁绝缘体层、非铁磁层及第二铁磁绝缘体层；所述第一铁磁绝缘体层和第二铁磁绝缘体层具有相同或者相反的磁矩方向；

所述拓扑绝缘体层作为自旋轨道转矩层，所述拓扑绝缘体层与第一铁磁绝缘体层耦合，当拓扑绝缘体层有电流流过时，电流产生一个力矩，在该力矩的作用下，所述第一铁磁绝缘体层中的磁矩发生翻转；

在拓扑绝缘体层没有电流流过之前，若所述第一铁磁绝缘体层和第二铁磁绝缘体层具有相同的磁矩方向，则所述磁子阀结构的逆自旋霍尔电压在所述拓扑绝缘体层通入电流前后由高电平状态转变为低电平状态；在拓扑绝缘体层没有电流流过之前，若所述第一铁磁绝缘体层和第二铁磁绝缘体层具有相反的磁矩方向，则所述磁子阀结构的逆自旋霍尔电压在所述拓扑绝缘体层通入电流前后由低电平状态转变为高电平状态；

在拓扑绝缘体层没有电流流过之前，若所述第一铁磁绝缘体层和第二铁磁绝缘体层具有相同的磁矩方向，则所述磁子阀结构的逆自旋霍尔电压在所述拓扑绝缘体层通入电流前后由高电平状态转变为低电平状态，此时该磁子阀结构可作为存储器件，通过控制向拓扑绝缘体层通入的电流实现存储器件的数据存储功能。

2.根据权利要求1所述的基于拓扑绝缘体材料和自旋轨道转矩效应的磁子阀结构，其特征在于，所述拓扑绝缘体层属于合金化合物材料，具体为：Bi_xSb_1-x、Bi₂Se₃、Sb₂Te₃或Bi₂Te₃；0＜x＜1。

3.根据权利要求1所述的基于拓扑绝缘体材料和自旋轨道转矩效应的磁子阀结构，其特征在于，所述拓扑绝缘体层通过磁控溅射或分子束外延的方式在衬底上生长。

4.根据权利要求1所述的基于拓扑绝缘体材料和自旋轨道转矩效应的磁子阀结构，其特征在于，所述衬底为单晶衬底。

5.根据权利要求1所述的基于拓扑绝缘体材料和自旋轨道转矩效应的磁子阀结构，其特征在于，所述第一铁磁绝缘体层和第二铁磁绝缘体层均为Y₃Fe₅O₁₂层。

6.根据权利要求1所述的基于拓扑绝缘体材料和自旋轨道转矩效应的磁子阀结构，其特征在于，所述反铁磁层为金属氧化物材料，具体为NiO、Fe₂O₃、Cr₂O₃、MgO、MnO、FeO、CoO或MnF₂。

7.根据权利要求1所述的基于拓扑绝缘体材料和自旋轨道转矩效应的磁子阀结构，其特征在于，所述非铁磁层为非磁金属材料，具体为V、Cr、Cu、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Re、Ir、Pt或Au。