韓秀峰1)2)? 萬蔡華1)2)

1)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所,北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心,北京 100190)

2)(中國(guó)科學(xué)院大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院,北京 100049)

(2018年5月7日收到;2018年5月14日收到修改稿)

1 引 言

在當(dāng)今大數(shù)據(jù)時(shí)代,每天產(chǎn)生超過2萬億字節(jié)的新數(shù)據(jù).這些海量數(shù)據(jù)在給人們帶來前所未有的機(jī)遇和便利的同時(shí),也對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn).現(xiàn)代計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力幾乎完全取決于其中的邏輯單元,而傳統(tǒng)的解決方案,即通過縮小邏輯單元的尺寸來提高器件的集成密度,由于物理上和微加工工藝上的限制已經(jīng)趨近于改進(jìn)和提升的極限.為此,凝聚態(tài)物理、微電子和材料科學(xué)領(lǐng)域的工作者都在積極尋找可能替代現(xiàn)有晶體管的功能更強(qiáng)大的新型邏輯單元器件.研制自旋邏輯(磁邏輯)器件就是其中一種非常有發(fā)展前景的候選方案之一.

磁信息存儲(chǔ)與處理器件所具有的數(shù)據(jù)非易失性是實(shí)現(xiàn)“存儲(chǔ)處理一體化”架構(gòu)的理想內(nèi)稟屬性.該架構(gòu)可以克服現(xiàn)有計(jì)算機(jī)馮·諾依曼模式的瓶頸限制,可以在很大程度上提高數(shù)據(jù)的處理效率.基于磁性材料及其工作機(jī)理,人們先后提出了多種方案,包括:基于單勢(shì)壘磁性隧道結(jié)的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)型磁邏輯單元結(jié)構(gòu)[1];基于磁性量子點(diǎn)的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)型點(diǎn)格自動(dòng)機(jī)磁邏輯[2];基于磁疇壁運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)型磁邏輯[3];基于自旋波傳播的邏輯[4];以及基于半導(dǎo)體的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)型邏輯[5]等,其中一些設(shè)計(jì)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)上得到演示.然而,這些方案都很難與現(xiàn)有的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)架構(gòu)和磁隨機(jī)存儲(chǔ)器(magnetic random access memory,MRAM)相兼容,并且無法與現(xiàn)有的半導(dǎo)體邏輯器件各項(xiàng)綜合性能指標(biāo)相比擬,因而限制了其進(jìn)一步的發(fā)展與應(yīng)用.另一方面,除了減小邏輯單元的尺寸之外,增加計(jì)算機(jī)速度的另一個(gè)可行方案是讓單一邏輯單元可編程地實(shí)現(xiàn)多種邏輯功能,而這對(duì)于現(xiàn)有的硅基邏輯器件是很難同時(shí)做到的.因此,一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題是:能否找到一種磁性邏輯單元,使之既能結(jié)合數(shù)據(jù)非易失性和多功能特性,同時(shí)又能兼容現(xiàn)有的CMOS架構(gòu)和新型MRAM.

基于磁性隧道結(jié)的磁邏輯器件,恰好能滿足CMOS,MRAM兼容性以及多功能可編程性的要求.基于磁性隧道結(jié)的磁邏輯方案也經(jīng)歷了兩代器件設(shè)計(jì)原理的發(fā)展.第一種基于磁性隧道結(jié)單元和磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方案是Ney等[1]2003年提出,他們?cè)O(shè)想利用磁場(chǎng)進(jìn)行邏輯處理,并利用隧道結(jié)的高低阻態(tài)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取.通過不同的電流布線的安排,該方案原理上可以實(shí)現(xiàn)可編程性,但是因?yàn)轵?qū)動(dòng)場(chǎng)是電流誘導(dǎo)的外加磁場(chǎng),功耗會(huì)很高,且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因而很難具有實(shí)際操作和應(yīng)用的價(jià)值.第二種方案是將驅(qū)動(dòng)方式變成自旋轉(zhuǎn)移力矩[6,7].相對(duì)于第一種磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)方案而言,它的優(yōu)勢(shì)是功耗可大幅降低且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,但因?yàn)槊}沖驅(qū)動(dòng)電流對(duì)隧道結(jié)存在潛在的損傷作用,它的使用頻次和壽命會(huì)受到限制.因此,如何開發(fā)低功耗、高速度、可近無限次讀寫的可編程多功能自旋邏輯器件,成為自旋電子學(xué)領(lǐng)域,特別是自旋邏輯研究領(lǐng)域的國(guó)際前沿難點(diǎn)課題.

自旋軌道力矩效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)[8?10]使構(gòu)造上述多功能可編程自旋邏輯器件成為可能.首先自旋軌道力矩效應(yīng)賦予電流高效操控磁矩的能力;其次產(chǎn)生自旋軌道力矩的電流無需通過構(gòu)造磁存儲(chǔ)單元和自旋邏輯單元的磁性隧道結(jié),這極大地降低了磁性隧道結(jié)被擊穿的風(fēng)險(xiǎn),從而保證了邏輯器件所需的極高可操作次數(shù);最后自旋軌道力矩對(duì)磁矩的翻轉(zhuǎn)作用可受外界條件,如偏置磁場(chǎng)、電場(chǎng)、電流的控制,這為自旋邏輯器件的多功能化和可編程操作提供了豐富的實(shí)現(xiàn)手段.基于這些潛在的優(yōu)勢(shì),我們開展了自旋軌道力矩在自旋邏輯器件方面的探索性研究工作.

2 自旋霍爾邏輯設(shè)計(jì)方案和器件實(shí)驗(yàn)

首先優(yōu)化了兩個(gè)磁性隧道結(jié)常用的垂直薄膜體系Pt/Co/MgO和Ta/CoFeB/MgO,然后利用紫外曝光技術(shù)和后續(xù)離子束刻蝕工藝,將上述兩種典型的磁性異質(zhì)結(jié)構(gòu)加工成十字狀的霍爾條器件(圖1(a)).隨后利用鎖相技術(shù),通過在霍爾條兩路徑同時(shí)施加脈沖電流的方式,標(biāo)定了這兩個(gè)體系的自旋軌道力矩產(chǎn)生效率、自旋軌道力矩的來源以及類場(chǎng)項(xiàng)( fi eld-like torque)和類阻尼項(xiàng)力矩(damping-like torque)對(duì)磁矩翻轉(zhuǎn)作用的影響(圖1(b)—(e)),并利用宏自旋模型定性地解釋了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,為后續(xù)自旋邏輯單元的研制闡明了工作原理[11].同時(shí),利用反鐵磁材料的交換偏置效應(yīng),還能實(shí)現(xiàn)在零磁場(chǎng)條件下電流驅(qū)動(dòng)的磁矩翻轉(zhuǎn)[12].

Zhang等[11]的研究結(jié)果已經(jīng)顯示,在Pt/Co/MgO體系中,類阻尼項(xiàng)遠(yuǎn)大于類場(chǎng)項(xiàng),而在Ta/CoFeB/MgO體系中這兩類力矩項(xiàng)的大小可比擬.在圖1中,因?yàn)镻t/Co/MgO體系的類場(chǎng)項(xiàng)可忽略,因此偏置電流(bias current)對(duì)臨界翻轉(zhuǎn)電流(IC)的影響是關(guān)于偏置電流偶對(duì)稱的:即無論偏置電流的極性是正或負(fù),偏置電流的增加均導(dǎo)致臨界翻轉(zhuǎn)電流的降低(圖1(b)和圖1(c)).但是對(duì)于類場(chǎng)項(xiàng)不能忽略的Ta/CoFeB/MgO體系,偏置電流只有在極性合適的條件下,才能顯著降低臨界翻轉(zhuǎn)電流密度的大小(圖1(d)和圖1(e)),如當(dāng)Hy=+100 Oe時(shí),正偏置電流才能顯著降低IC.

之后,進(jìn)一步利用這種結(jié)構(gòu),我們?cè)趯?shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了兩種基于自旋霍爾效應(yīng)的電流驅(qū)動(dòng)的自旋邏輯單元,分別是“+”字型和“×”字型自旋邏輯器件.分類標(biāo)準(zhǔn)取決于偏置磁場(chǎng)與霍爾條電流支路的相對(duì)取向:“+”字型、“×”字型自旋邏輯器件分別對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)平行于電流支路、磁場(chǎng)與電流支路成45?配置的情形.

在第一種“+”字型自旋邏輯方案中,兩路脈沖電流作為兩個(gè)邏輯輸入端,施加到霍爾條的同一支上.不同大小的電流24 mA和42 mA分別作為0和1的邏輯輸入.一個(gè)磁場(chǎng)施加在與脈沖操作電流平行或反平行的方向上(圖2(a)).邏輯輸出取決于脈沖操作電流如何驅(qū)動(dòng)磁性層垂直磁化狀態(tài)的改變,并由反常霍爾電阻(Rxy)給出,大于和小于200 m?的反?；魻栯娮璺謩e對(duì)應(yīng)1和0的邏輯輸出.根據(jù)體系在不同大小和方向的一個(gè)磁場(chǎng)下,兩路脈沖操作電流驅(qū)動(dòng)磁性層垂直磁化狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的響應(yīng)行為,在一個(gè)邏輯單元中可以實(shí)現(xiàn)五種邏輯功能(“與”、“或”、“非”、“與非”和“或非”)(圖2(b)—(f)).通過改變磁場(chǎng)的大小和方向以及磁性層的初始磁化狀態(tài),一個(gè)邏輯單元可以通過脈沖操作電流驅(qū)動(dòng)磁性層垂直磁化狀態(tài)的變化,可在不同的邏輯功能之間實(shí)現(xiàn)切換,從而實(shí)現(xiàn)可編程性[13].

圖1 (a)樣品和測(cè)量布置示意圖,其中FM代表磁性層,HM代表重金屬層;(b)—(e)臨界翻轉(zhuǎn)電流隨偏置電流的依賴關(guān)系,其中Pt/Co/MgO體系,測(cè)試磁場(chǎng)為(b)Hy=+100 Oe(1 Oe=79.5775 A/m)和(c)Hy=?100 Oe;Ta/CoFeB/MgO體系,測(cè)試磁場(chǎng)為(d)Hy=+100 Oe和(e)Hy=?100 Oe[11]Fig.1.(a)Schematic diagram for the Hall devices and corresponding measurement setup;FM and HM are short for ferromagnetic layer and heavy metal layer,respectively;(b)and(c)bias current dependence of critical switching current at Hy=+100 Oe and?100 Oe,respectively,for Pt/Co/MgO system;(d)and(e)bias current dependence of the critical switching current at Hy=+100 Oe and?100 Oe,respectively,for Ta/CoFeB/MgO system[11].

具體而言,當(dāng)Hx=500 Oe時(shí),體系的臨界翻轉(zhuǎn)電流密度為76 mA.該邏輯單元處于“與”的邏輯狀態(tài).在邏輯操作前,先通過IA=IB=?42 mA,將磁矩初始磁化到“向下”的狀態(tài)(霍爾電阻小于200 m?),此時(shí)邏輯單元處于“0”的邏輯初始態(tài).在后續(xù)的邏輯操作過程中,當(dāng)IA=IB=24 mA時(shí)(對(duì)應(yīng)于A=0和B=0的邏輯輸入),IA+IB<76 mA,電流不足以將磁矩翻轉(zhuǎn)到“向上”的狀態(tài).因此當(dāng)邏輯操作結(jié)束后,磁矩依然處于“向下”的狀態(tài),邏輯輸出“0”.另外兩種情況IA=24 mA,IB=42 mA(A=0,B=1)和IA=42 mA,IB=24 mA(A=1,B=0)的條件下,器件將得到類似的邏輯輸出“0”.只有當(dāng)IA=IB=42 mA時(shí)(對(duì)應(yīng)于A=1和B=1的邏輯輸入),IA+IB>76 mA,磁矩才能被翻轉(zhuǎn)至“向上”的狀態(tài),最終使得邏輯輸出變成“1”.因此這些磁矩翻轉(zhuǎn)的規(guī)則,在Hx=500 Oe的條件下,滿足邏輯“與”門的要求(圖2(b)).

圖2 (a)第一種“+”字型自旋邏輯器件和測(cè)量布置示意圖;邏輯單元測(cè)試:(b)與門;(c)或門;(d)非門;(e)與非門;(f)或非門[13]Fig.2.(a)Schematic diagram and its measurement setup for a “+” type spin logic device;(b)“AND”,(c)“OR”,(d)“NOT”,(e)“NAND”and(f)“NOR”gate realized by the“+”type spin logic device[13].

當(dāng)Hx=3500 Oe時(shí),器件的臨界翻轉(zhuǎn)電流密度降低至60 mA.此時(shí),唯有當(dāng)IA=IB=24 mA時(shí)(對(duì)應(yīng)于A=0和B=0的邏輯輸入),磁矩才能維持“向下”的狀態(tài),輸出邏輯“0”;在其他三種情況下IA+IB等于66 mA或者84 mA,均大于60 mA,因此磁矩將被翻轉(zhuǎn)到“向上”的狀態(tài),實(shí)現(xiàn)邏輯“1”的輸出.此時(shí),器件以“或”門的方式工作(圖2(c)).

當(dāng)磁場(chǎng)方向反向,如從正變負(fù),根據(jù)自旋軌道力矩效應(yīng)的特點(diǎn),電流翻轉(zhuǎn)磁矩作用的方向也會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn),如文獻(xiàn)[12]圖2所示,因此磁場(chǎng)的反向相當(dāng)于一個(gè)額外的求逆操作.此時(shí)和“與”門、“或”門完全相同的操作步驟,將會(huì)導(dǎo)致截然相反的邏輯輸出.“與”門變成“與非”門;“或”門變成“或非”門,如圖2(e)和圖2(f)所示.基于自旋霍爾效應(yīng)的自旋邏輯器件,其優(yōu)點(diǎn)在這個(gè)范例中得到淋漓盡致的體現(xiàn):自旋邏輯器件的可編程性可通過對(duì)自旋軌道力矩翻轉(zhuǎn)作用的調(diào)控來獲得.

在第二種“×”字型自旋邏輯方案中,作為邏輯輸入的兩路大小相等的脈沖電流分別施加到霍爾條相互正交的兩臂上,脈沖電流的+55 mA和?55 mA分別作為邏輯輸入的1和0,自旋“向上”和“向下”分別作為邏輯輸出1和0,一個(gè)磁場(chǎng)施加在兩臂的角平分線上,與電流支路成45?配置(圖3(a)).根據(jù)該自旋邏輯單元在不同方向磁場(chǎng)下,對(duì)兩路脈沖操作電流驅(qū)動(dòng)磁性層垂直磁化狀態(tài)變化的響應(yīng)行為,同樣可以在邏輯單元中實(shí)現(xiàn)“與”、“或”、“非”、“與非”和“或非”這五種常見的邏輯功能,并且通過改變偏置磁場(chǎng)的施加方向和系統(tǒng)的初態(tài),還可實(shí)現(xiàn)該自旋邏輯器件的可編程性(圖 3(b)—圖 3(f)).

該器件的自旋軌道力矩的磁矩翻轉(zhuǎn)曲線如文獻(xiàn)[14]中的圖2所示.針對(duì)“或”門而言,首先利用IA=IB=+55 mA初始化磁矩.此時(shí)偏置磁場(chǎng)H=1200 Oe.因?yàn)閮陕冯娏髅芏鹊氖噶亢铣煞较蚺c偏置磁場(chǎng)方向平行,此時(shí)電流誘導(dǎo)的自旋軌道力矩可以將磁矩初始化到“向上”的狀態(tài),使得初始邏輯狀態(tài)為“1”.當(dāng)A=B=1時(shí),磁矩維持初始“向上”的“1”狀態(tài).當(dāng)A=0,B=1或A=1,B=0時(shí),A,B兩路輸入電流密度的合成方向與偏置磁場(chǎng)垂直.此時(shí),電流產(chǎn)生的自旋軌道力矩不滿足翻轉(zhuǎn)磁矩所需的對(duì)稱性要求,因此磁矩不發(fā)生翻轉(zhuǎn).磁矩依然維持在其初始“向上”的狀態(tài).上述三種情況,器件均輸出邏輯“1”.唯有當(dāng)A=B=0,或者兩路電流均沿x軸和y軸的負(fù)方向時(shí),合成的電流密度反平行于偏置磁場(chǎng),此時(shí)磁矩才能夠從自旋“向上”的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至“向下”的狀態(tài),從而邏輯輸出“0”.

“與”門的實(shí)現(xiàn)與“或”門類似,同樣施加H=1200 Oe的偏置磁場(chǎng).不過此時(shí)磁矩需要利用IA=IB=?55 mA的條件被初始化到“向下”的狀態(tài).器件被初始化到“0”的狀態(tài).當(dāng)A=B=0或者A=1,B=0或者A=0,B=1時(shí),磁矩不發(fā)生翻轉(zhuǎn),器件維持“0”的狀態(tài).只有當(dāng)A=B=1時(shí),合成電流方向與偏置磁場(chǎng)平行,磁矩能夠從“向下”翻轉(zhuǎn)到“向上”的狀態(tài),從而輸出邏輯“1”.此時(shí)的磁矩翻轉(zhuǎn)特性剛好可以模擬邏輯“與”門的邏輯輸入輸出特點(diǎn).

1 Reset 0 1 Reset 0 1 0

圖3 (a)第二種“×”字型自旋邏輯器件和測(cè)量布置示意圖;邏輯單元測(cè)試:(b)或門;(c)與門;(d)與非門;(e)或非門;(f)非門[14]Fig.3.(a)Schematic diagram and its measurement setup for a “×” type spin logic device;(b)“OR”,(c)“AND”,(d)“NAND”,(e)“NOR”and(f)“NOT”gate realized by the“×”type spin logic device[14].

表1 兩種不同自旋邏輯方案的異同點(diǎn)對(duì)照表Table 1.Comparison between two diferrent spin logic devices.

與“+”字型自旋邏輯方案類似,在“×”字型自旋邏輯器件中,磁場(chǎng)的反向也相當(dāng)于求逆操作,因此當(dāng)偏置磁場(chǎng)變成?1200 Oe時(shí),和“與”門、“或”門類似的邏輯操作剛好可以給出“與非”門和“或非”門的邏輯輸出規(guī)則,從而實(shí)現(xiàn)不同邏輯門的可編程操作.

值得指出的是,在第二種“×”字型自旋邏輯方案中,我們利用了自旋霍爾效應(yīng)翻轉(zhuǎn)磁矩的對(duì)稱性要求.存儲(chǔ)在邏輯單元的信息受到這種對(duì)稱性保護(hù),使得單一的脈沖電流輸入無法改變邏輯單元的狀態(tài).一方面,這使信息的邏輯運(yùn)算處理和存儲(chǔ)可靠性大大增加;另一方面,這個(gè)特性使得這種邏輯單元可以很方便地拓展成為可編程的邏輯陣列.在這種邏輯陣列中,邏輯單元可以被精確操控,即只有兩路脈沖電流都不為零的單元可以被邏輯(寫入)操作,其余的單元保持不變.這種邏輯操作方案非常有利于自旋邏輯單元的陣列化.

兩種自旋邏輯器件的特點(diǎn)如表1所列.這兩種自旋邏輯方案的實(shí)現(xiàn)均可為未來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)16種布爾邏輯運(yùn)算和更復(fù)雜的邏輯運(yùn)算功能奠定原型器件設(shè)計(jì)和器件物理基礎(chǔ).

3 結(jié)論與展望

上述兩種試驗(yàn)方案均已實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)和單個(gè)邏輯單元的多功能可編程邏輯操作.實(shí)現(xiàn)的邏輯操作包括“與”、“ 或”、“非”、“與非”和“或非”門.同時(shí)器件的功耗還需要通過進(jìn)一步尋找具有大自旋霍爾角的材料以及縮小器件尺寸來降低.該器件在實(shí)際應(yīng)用中,不易通過反常霍爾電阻進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出或級(jí)聯(lián),因此還需要進(jìn)一步通過磁性隧道結(jié)較大的隧穿磁電阻效應(yīng)進(jìn)行相關(guān)邏輯運(yùn)算與存儲(chǔ)操作,以使該器件易于與現(xiàn)有CMOS電路和MRAM相兼容.更重要的是,現(xiàn)在展示的自旋邏輯器件還需要外加偏置磁場(chǎng)的輔助,才能進(jìn)行邏輯運(yùn)算和可編程操作.我們已經(jīng)嘗試了利用交換偏置[12]或者交換耦合效應(yīng)[15]來替代外加偏置磁場(chǎng),從而可以構(gòu)造出無需外加磁場(chǎng)輔助的新型自旋邏輯器件,并且通過合適的交換耦合磁性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和自旋邏輯器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),同樣可以實(shí)現(xiàn)多功能和可編程的邏輯操作[15].

上面兩種方案均需一個(gè)外加偏置磁場(chǎng)來輔助實(shí)現(xiàn)布爾邏輯功能.該偏置磁場(chǎng)也可利用層間交換耦合(interlayer exchange coupling,IEC)磁場(chǎng)替換,如圖4(a)所示.這種結(jié)構(gòu)包括面內(nèi)各向異性磁化層(FM1)、間隔交換耦合層(IEC layer)、垂直各向異性磁化層(FM2)和兩層由重金屬構(gòu)成的種子層(seed layer)和覆蓋層(capping layer).通過IEC,FM1會(huì)對(duì)FM2施加一個(gè)沿x方向的面內(nèi)交換耦合場(chǎng).此時(shí)施加x方向的電流,利用覆蓋層對(duì)FM2的自旋軌道力矩,便可以實(shí)現(xiàn)零外加磁場(chǎng)下的垂直磁矩翻轉(zhuǎn).有意思的是,當(dāng)沿y方向施加電流時(shí),面內(nèi)磁化層FM1也能感受到種子層的自旋軌道力矩而發(fā)生翻轉(zhuǎn).通過控制FM1層的磁矩方向,Wang等[15]可以控制FM2層所感受到的有效場(chǎng)的方向,從而實(shí)現(xiàn)自旋霍爾邏輯器件的可編程性.

具體而言,先沿?y方向施加偏置電流IBias,使FM1磁矩朝左.然后如“+”字型自旋邏輯器件原理——多數(shù)門原理,沿x方向同時(shí)施加IA和IB作為邏輯輸入,控制FM2的磁矩方向,“向上”和“向下”分別對(duì)應(yīng)邏輯輸出1和0.模擬結(jié)果如圖4(b)所示,滿足“與”門的要求.

如果預(yù)先沿+y方向施加IBias,使FM1磁矩朝右,則FM2層感受到的面內(nèi)有效場(chǎng)反向.和上述“與”門完全相同的邏輯操作將產(chǎn)生“與非”門的效果.通過控制FM1層的磁矩方向,便可以實(shí)現(xiàn)“與”門和“與非”門的可編程操作.關(guān)鍵是,上述操作全在零磁場(chǎng)條件下完成,已經(jīng)接近自旋邏輯器件實(shí)際應(yīng)用的場(chǎng)景.

綜上所述,基于納米磁異質(zhì)結(jié)構(gòu)的自旋邏輯器件,易于與現(xiàn)有的CMOS架構(gòu)和MRAM器件相兼容,具有低功耗、高速、操作次數(shù)近無限的優(yōu)勢(shì),它還具備豐富的功能和可編程操作的特性,因此具有重要的科學(xué)和應(yīng)用價(jià)值,為發(fā)展計(jì)算-存儲(chǔ)融合的新型計(jì)算架構(gòu)提供了一種優(yōu)良的備選方案.

圖4 基于IEC系統(tǒng)的自旋霍爾邏輯器件 (a)薄膜結(jié)構(gòu)示意圖;該器件工作在(b)“與”門和(c)“與非”門狀態(tài)下的輸入輸出邏輯操作圖;可編程性可通過控制面內(nèi)層FM1磁矩方向來實(shí)現(xiàn),而FM1層的磁矩方向由偏置電流來決定Fig.4.Spin Hall logic device based on an interlayer-coupled system:(a)The stack structure of the system;(b)proposed“AND”and(c)“NAND”logic function of the device.Programmability is realized by controlling magnetization of the FM1 via bias current.

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