葡京集团app官网_葡京集团网站app_欢迎您

半导体所在横向自旋轨道矩诱导磁化定向翻转的研究中取得新进展
半导体所在极性诱导空间电荷分离促进光催化水分解的研究中取得新突破
半导体研究所研制成功了一款低功耗高性能Delta-Sigma调制器芯片
半导体所在柔性湿度传感器与非接触控制方面取得新进展
2019年度中国科学院大型仪器区域中心“物质科学与先进制造领域"片区工作交流会...
半导体所在石墨烯上外延深紫外LED研究中取得新进展
半导体所锑化物半导体量子阱激光器研究获得重要进展
半导体所实现了晶圆级高质量InAs纳米结构的维度调控
半导体所在隐藏自旋轨道耦合研究中取得进展
半导体所娄正副研究员入选第四届“青年人才托举工程”
官方微信
友情链接

半导体所在横向自旋轨道矩诱导磁化定向翻转的研究中取得新进展

2020-07-22

 

自旋轨道矩(spin-orbit torque, 以下简称SOT)是近年来发展起来的新一代电流驱动磁化翻转技术,具有信息写入速度快、功耗低、耐久度高、稳定性好等独特优势,是未来非易失性存储器的理想选择方案之一。通常,非磁/铁磁双层膜结构中由SOT所产生的有效磁场指向面内方向,因此对于垂直磁化的铁磁层而言,需要引入外加磁场等额外的对称性破缺才能实现定向的磁化翻转。如何通过原理创新,突破零磁场下SOT诱导磁化定向翻转的难题,在当今自旋电子学领域具有重要的理论和应用价值。 

中科院半导体所半导体超晶格国家重点实验室研究员王开友等人,近年来通过引入自旋流密度梯度[Nature Materials, 2017, 16(7): 712]和内置面内耦合磁场[Advanced Electronic Materials, 2018, 4(9): 1808104]等方法,成功实现了零磁场、可重构的SOT诱导磁化定向翻转;在此基础上,他们还演示了全电控自旋逻辑[IEEE Electron Device Letters, 2019, 40(9): 1554]和自旋人工突触可塑性功能[Advanced Functional Materials, 2019, 29(25): 1808104]。 

最近,该研究团队又提出并在实验上验证了横向自旋轨道矩(Lateral SOT,以下简称LSOT)诱导的垂直磁化定向翻转。如图1所示,他们利用局域激光退火获得了不对称的非磁/铁磁水平异质结构,发现在零外加磁场下,即使没有垂直方向自旋流的注入,仅仅利用LSOT就可以实现零磁性下垂直磁化的完全定向翻转,其翻转取向仅取决于局域激光退火的位置。该结果突破了SOT对传统非磁/铁磁双层膜体系中垂直自旋流注入的依赖。该成果以题为 “Deterministic magnetization switching using lateral spin-orbit torque”的论文发表在《先进材料》上[Advanced Materials, 2020, 32(16): 1907929]。半导体所王开友研究员为论文通讯作者,已出站博士后曹易和博士生盛宇为论文共同第一作者,合作者包括半导体所姬扬研究员和郑厚植院士、以及英国诺丁汉大学Kevin William Edmonds副教授。 

 

图1 局域激光退火后Pt/Co/Pt结构中由LSOT诱导的Co层磁化定向翻转。当上下Pt厚度分别为3nm和2.6nm时,来自它们的传统SOT效应几乎相互抵消,而垂直磁化的Co层依然可以在LSOT诱导下实现完全的定向翻转。  

      在此基础上,他们进一步在实验上演示了一种可编程的互补型LSOT逻辑器件。如图2所示,基于一对激光局域退火位置分别在-y和+y方向的LSOT器件,利用电流初始化对逻辑功能进行编程,分别实现了AND,OR,NAND和NOR等逻辑门,并演示了利用3个LSOT器件组合而成的原型半加器。此外,将磁化状态作为一种逻辑输入,即可利用工作电流对逻辑功能进行编程,实现无需初始化的存算一体逻辑操作,演示了包括IMP(蕴涵门)在内的多种状态逻辑门(stateful logic gate)。这种互补型LSOT逻辑单元,在器件层面为非冯·诺伊曼式的存内计算方案提供了一种可行的思路。该成果以题目为“Complementary lateral-spin-orbit building blocks for programmable logic and in-memory computing”的论文发表在《先进电子材料》上 [Advanced Electronic Materials, 2020, DOI: 10.1002/aelm.202000296]。半导体所王开友研究员为论文通讯作者,博士生张楠和已出站博士后曹易为论文共同第一作者,合作者包括半导体所姬扬研究员和郑厚植院士、以及英国诺丁汉大学Andrew W. Rushforth副教授。 

 

图2 翻转取向互补的一对LSOT器件的布尔逻辑操作示例 

该系列研究工作得到了中科院前沿科学重点研究项目、科技部重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金重点研究专题、以及王宽诚教育基金等经费支持。 

  

文章链接: 

1. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201907929 

2. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aelm.202000296 

  



关于我们
下载视频观看
联系方式
通信地址

北京市海淀区清华东路甲35号 北京912信箱 (100083)

电话

010-82304210/010-82305052(传真)

E-mail

semi@semi.ac.cn

交通地图
版权所有 葡京集团app官网

备案号:京ICP备05085259号 京公网安备110402500052 中国科学院半导体所声明

Baidu
sogou