《全自旋邏輯器件中垂直磁各向異性和非對稱性的研究》是依託北京航空航天大學，由張悅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：全自旋邏輯器件中垂直磁各向異性和非對稱性的研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：張悅
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於信息的操作和傳輸沒有電荷的參與，基於純自旋流的全自旋邏輯器件不僅可以大大降低焦耳熱效應和奧斯特磁場對器件工作壽命和穩定性的影響，同時在功耗、尺寸、速度等方面也具有顯著的優勢。然而，實現這一新型器件卻面臨著諸多挑戰，例如，所需自旋流密度較大，自旋流回流效應明顯，自旋輸運效率較低等。近年來的研究進展發現，垂直磁各向異性可以降低磁化翻轉所需電流密度，提高磁化翻轉速度；輸入端和輸出端的電阻差可以抑制自旋流回流，增加自旋輸運效率。本項目擬利用垂直磁各向異性和非對稱性，從材料、機制和結構方面深入研究全自旋邏輯器件。材料方面，探索高效穩定的自旋輸運材料；機制方面，研究垂直磁各向異性自旋流注入、輸運和探測的特性；結構方面，研究幾何和材料結構的非對稱性，提出可行的結構設計。本項目的實施將為全自旋邏輯器件的製備提供理論和實驗依據，並且對自旋流的實際套用具有重要意義。
結題摘要
基於電子自旋特性製造的自旋電子器件被廣泛認為是“後CMOS時代”實現“三高一低” （高密度、高速、高可靠性和低功耗）需求的重要技術。目前主流的自旋電子器件大多是利用自旋極化電流激發的磁化翻轉，例如，自旋轉移矩效應。由於這些極化電流中仍然有電荷的流動，由此導致的焦耳熱效應和奧斯特磁場必然會對器件的使用壽命和工作穩定性產生影響。同時，傳統的自旋電子邏輯電路仍然需要大量的自旋和電荷相互轉換的過程，無法充分發揮電子自旋的優勢。因此，基於純自旋流的全自旋邏輯器件，由於當中的信息操作和傳輸沒有電荷參與，近年來得到了學術界和工業界的極大關注。 本項目重點從材料、機制和結構設計等方面對全自旋邏輯器件的垂直磁各向異性和非對稱性進行研究。過去的三年中，取得的主要成果如下： （1）我們研究了結構的非對稱性對自旋流定向輸運及相關效率的作用，設計非對稱全自旋邏輯器件結構，利用微磁學仿真驗證器件功能，為實驗提供理論依據。 （2）我們研究了垂直磁各向異性材料體系中自旋流注入、輸運和探測的具體過程，建立了相關的自旋流傳輸模型，並通過集成垂直磁各向異性材料體系下特有的輔助效應，例如，電壓調控磁各向異性效應，最佳化全自旋邏輯器件結構，提升器件速度和功耗等方面性能。 （3）我們選用石墨烯這種具有超長自旋擴散距離的二維材料作為自旋流傳輸通道研究了自旋流調控機制，設計了自旋流多路分解器，為全自旋邏輯器件的級聯提供支撐。 （4）面向整個自旋邏輯範疇，我們設計製備了多種器件和系統，可實現多種複雜邏輯計算功能，為未來全自旋邏輯器件的套用提供了擴展空間。 （5）在順利完成以上項目預定的全部研究內容後，我們初步探索了非局部橫向自旋閥的相關製備工藝，從二維材料轉移和遮擋式沉積等多個技術路線尋求突破，為未來成功製備全自旋邏輯器件奠定實驗基礎。 在該項目的資助下，已在Advanced Electronic Materials、Physical Review Applied、Applied Physics Letters等國際期刊上發表論文10篇，會議論文3篇，另有3篇論文正在審稿中。
