[发明专利]自旋电子器件、电路单元、计算网络、算子以及神经网络

说明书

本公开提供了一种自旋电子器件、电路单元、计算网络、算子以及神经网络。该随机自旋电子器件包括：加热器，加热器用于写入控制脉冲信号；隔离层，形成于加热器的顶面；反铁磁层，形成于隔离层的顶面；铁磁层，形成于反铁磁层的顶面，其中，反铁磁层用于固定铁磁层的磁矩，以使得铁磁层不产生磁畴壁；RKKY耦合层，形成于铁磁层的顶面；磁隧道结，形成于RKKY耦合层的顶面一侧，其中，在写入脉冲信号输入的情况下，磁隧道结的磁畴壁自由层中的磁畴壁发生运动。

技术领域

本公开涉及磁畴壁技术领域，更具体地，涉及一种随机自旋电子器件、读写电路单元、随机计算网络、随机计算的算子以及随机脉冲神经网络。

背景技术

基于自旋电子器件的随机计算、神经形态计算是在芯片高密度集成、计算密集型背景下，为边缘计算提供了低功耗、高性能的解决方案。同时，可以在不损失计算精度的前提下，显著提升计算的稳定性与抗噪声特性，为边缘计算提供了更可靠的方案。

随机计算的核心的可以产生随机脉冲序列的随机器件，自旋电子器件具有极高的耐久性和稳定性，可以在高工作强度下产生固定概率的随机脉冲序列，应用潜力巨大。然而，目前基于自旋电子的随机器件主要是基于低势垒的磁隧道结(magnetic tunneljunction，MTJ)器件，在热噪声的扰动下概率性的翻转，但概率的调制通常需要STT电流、外部磁场等多种方式实现，对器件寿命及集成应用不利，同时没有考虑磁畴壁(DW)的本征随机性。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供了一种随机自旋电子器件、读写电路单元、随机计算网络、随机计算的算子以及随机脉冲神经网络。

本公开实施例的一个方面提供了一种随机自旋电子器件，包括：

加热器，上述加热器用于流过写入脉冲信号；

隔离层，形成于上述加热器的顶面；

反铁磁层，形成于上述隔离层的顶面；

铁磁层，形成于上述反铁磁层的顶面，其中，上述反铁磁层用于固定上述铁磁层的磁矩，以使得上述铁磁层不产生磁畴壁；

RKKY耦合层，形成于上述铁磁层的顶面；

磁隧道结，形成于上述RKKY耦合层的顶面一侧，其中，在写入脉冲信号输入的情况下，上述磁隧道结的磁畴壁自由层中的磁畴壁发生运动。

根据本公开的实施例，上述磁隧道结包括：

磁畴壁自由层，形成于上述RKKY耦合层的顶面，其中，在输入控制脉冲信号的情况下，上述磁畴壁自由层内的上述磁畴壁发生运动；

势垒层，形成于上述磁畴壁自由层的顶面一侧；

参考层，形成于上述势垒层的顶面，其中，上述磁畴壁自由层、上述铁磁层和上述参考层均具有垂直磁各向异性。

根据本公开的实施例，随机自旋电子器件还包括：

两个反铁磁钉扎层，分别形成于上述磁畴壁自由层的两侧，其中，上述势垒层位于两个上述反铁磁钉扎层的两侧。

根据本公开的实施例，上述畴壁自由层、上述参考层和上述铁磁层的材料包括以下至少之一：Co、CoFeB、Co、Pt、CoFeAl、Co、Pd、CoFe，上述参考层的厚度大于上述磁畴壁自由层的厚度，或上述参考层的材料矫顽力大于上述磁畴壁自由层的材料矫顽力，或，上述参考层被反铁磁或合成反铁磁的钉扎层所钉扎；上述势垒层的材料包括以下至少之一：MgO、Al₂O₃；

上述反铁磁层的材料包括以下至少之一：IrMn、FeMn、NiMn、CoMn、PtMn、Mn₂Au、NiO、MnO；