[发明专利]一种范德瓦尔斯各向异性磁振子只读存储器及其实现方法

说明书

本发明公开了一种范德瓦尔斯各向异性磁振子只读存储器及其实现方法。本发明利用范德瓦尔斯各向异性磁性绝缘体薄层中磁振子传输的各向异性，通过控制每个信息位上探测电极的长边取向，实现“0”和“1”信号的准确写入；在读取时，通过热注入的方式使得范德瓦尔斯各向异性磁性绝缘体薄层中产生磁振子的自旋流，并利用磁振子的长程量子输运以及界面自旋‑交换相互作用，在探测电极中引起了自旋流，并利用探测电极的强自旋轨道耦合特性，通过逆自旋霍尔效应测到了该自旋流引起的电压信号，从而能实现“0”和“1”信号的准确读取；本发明能够直接与基于磁振子的逻辑运算自旋电子学器件集成，用于新一代基于自旋的集成电路中。

技术领域

本发明涉及磁存储器领域，具体涉及一种范德瓦尔斯各向异性磁振子只读存储器及其实现方法。

背景技术

随着信息技术的发展，传统存储技术面临着达到物理极限的困境，难以实现更高密度和更快速度以及更低功耗的信息存储。在此情况下，许多新原理存储技术被提出。其中，磁阻存储器(MRAM)极具代表性，第一代的MRAM是通过改变磁场来改变存储单元自由磁层的极化方向，进而改变其电阻的大小，最终实现“0”和“1”数据的存储。MRAM具有非易失、读写次数无限、写入速度快、功耗低等优点，但是MRAM最大的缺点是存储单元之间存在干扰，尤其在高密度的情况下，在对目标位进行写入时，会引起相邻位的误写入，导致写入错误。自旋转移力矩磁随机存储器(STT-MRAM)作为新一代的MRAM，它是利用流过磁隧道结的自旋极化电流使磁性材料的磁化方向翻转，进而使磁隧道结的电阻发生变化，完成数据的写入。该项技术大大提高了MRAM存储技术的读写可靠性，将是取代动态随机存取存储器(DRAM)和静态随机存取存储器(SRAM)的主要内存技术。

电子的自旋自由度，是构造高密度、低功耗、非易失的新一代自旋电子学器件的基础，对自旋流的激发、传输和探测成为当今自旋电子学的研究主题。但电子流携带的自旋不可避免产生焦耳热，其极化铁磁性也会产生杂散场，影响了功耗和可靠性的进一步优化。

发明内容

针对上述背景技术中MRAM存储技术存在的可靠性问题，本发明提出了一种范德瓦尔斯各向异性磁振子只读存储器及其实现方法，本发明利用磁性绝缘体的磁振子携带的自旋能够避免上述不足；通过自旋霍尔效应或热效应可以激发自旋波；通过逆自旋霍尔效应，就能实现对磁振子自旋波的直接电学测量；此外，随着二维本征磁性的实验证明以及低维带来的各向异性，基于磁振子自旋和二维磁性材料的磁存储器件成为可能。

本发明的一个目的在于提出一种范德瓦尔斯各向异性磁振子只读存储器。

本发明的范德瓦尔斯各向异性磁振子只读存储器包括：衬底层、范德瓦尔斯各向异性磁性绝缘体薄层、注入电极、调控电极和探测电极；其中，在衬底层上设置范德瓦尔斯各向异性磁性绝缘体薄层，范德瓦尔斯各向异性磁性绝缘体薄层所在的平面为xy平面；范德瓦尔斯各向异性磁性绝缘体薄层具有至少两个不同的晶轴方向，并且沿着这两个不同的晶轴方向的磁交换相互作用能的强度不同，一个晶轴方向的磁交换相互作用能强，另一个晶轴方向的磁交换相互作用能弱；在范德瓦尔斯各向异性磁性绝缘体薄层上分别设置注入电极、调控电极和探测电极；注入电极、调控电极和探测电极的水平形状分别为长条形，且处于同一平面；注入电极、调控电极和探测电极沿长边平行，调控电极位于注入电极与探测电极之间，且调控电极距离注入电极和探测电极的距离均小于10μm；探测电极的长边取向至少具有两个方向，两个长边取向分别垂直于磁交换相互作用能强的晶轴方向和磁交换相互作用能弱的晶轴方向，信息传递的方向垂直于长边取向；在注入电极的两端分别设置有注入端口，注入电极通过两个注入端口连接至外部的交流电流源；在调控电极的两端分别设置有调控端口，调控电极通过两个调控端口连接至外部的直流电流源；在探测电极上分别设置有n+1个探测端口，每相邻的两个探测端口之间构成一个信息位，从而构成n个信息位，n为≥1的正整数，每相邻的两个探测端口连接至一个外部的交流电压表；