多铁隧道结器件、自旋阀器件和自旋极化电流的调控方法

技术特征：
1.一种多铁隧道结器件，其特征在于，包括依次层叠的第一铁磁层、铁电层以及第二铁磁层；其中，所述第一铁磁层和所述第二铁磁层采用相同的铁磁性金属材料；所述第一铁磁层和所述铁电层之间的界面、所述第二铁磁层和所述铁电层之间的界面具有对称结构；所述多铁隧道结器件用于通过磁电耦合效应实现自旋极化电流的产生与调控。2.根据权利要求1所述的多铁隧道结器件，其特征在于，所述铁电层采用具有铁电性的氧化物或二维铁电材料。3.一种自旋极化电流的调控方法，其特征在于，使用如权利要求1或2任一项所述的多铁隧道结器件，所述自旋极化电流的调控方法，包括：对所述第一铁磁层和第二铁磁层施加磁场或电流，使所述第一铁磁层和所述第二铁磁层处于反平行磁化状态；撤除对所述第一铁磁层和所述第二铁磁层施加的磁场或电流，使所述第一铁磁层和所述第二铁磁层维持反平行磁化状态；在所述第一铁磁层和所述第二铁磁层之间施加电压，使铁电层的极化状态反转，改变多铁隧道结器件的自旋隧穿势垒分布进而翻转自旋电流的极化方向，实现自旋极化电流的产生的调控。4.根据权利要求3所述的自旋极化电流的调控方法，其特征在于，所述多铁隧道结器件中自旋隧穿电流的极化状态取决于铁电层的极化状态；所述改变多铁隧道结器件的自旋隧穿势垒分布进而翻转自旋电流的极化方向，包括：若所述铁电层极化状态变化使自旋极化向上的隧穿概率高于自旋极化向下时，自旋隧穿电流的极化向上；若所述铁电层极化状态变化使自旋极化向下的隧穿概率高于自旋极化向上时，自旋隧穿电流的极化向下。5.一种自旋阀器件，其特征在于，包括：衬底；金属层，设置在所述衬底上；第一电极，设置在所述金属层的一侧；第一绝缘层，设置在所述金属层上，与所述第一电极在同一侧；第一铁磁层，设置在所述第一绝缘层上；铁电层，设置在所述第一铁磁层上；第二铁磁层，设置在所述铁电层上；第二电极，设置在所述金属层的另一侧；第二绝缘层，设置在所述金属层上，与所述第二电极在同一侧；第三铁磁层，设置在所述第二绝缘层上；所述第一铁磁层、所述铁电层和第二铁磁层构成如权利要求1-3任一项所述的多铁隧道结器件。6.根据权利要求5所述的自旋阀器件，其特征在于，所述第一电极、所述第一绝缘层和所述多铁隧道结器件用于产生和调控自旋极化电流；所述第二电极、所述第二绝缘层和所述第三铁磁层用于探测自旋极化电流。
7.根据权利要求6所述的自旋阀器件，其特征在于，所述第一电极、所述第一绝缘层和所述多铁隧道结器件产生的自旋极化电流由所述第一铁磁层经过所述第一绝缘层注入到金属层中，所注入的纯自旋极化电流在所述金属层中通过扩散效应进行输运，再通过所述第二绝缘层注入到所述第三铁磁层中，通过测量所述第三铁磁层和所述第二电极之间的电压的大小以及极性，确定产生的纯自旋极化电流的强弱以及极性。8.根据权利要求5所述的自旋阀器件，其特征在于，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层采用非磁性绝缘材料，所述第一电极和所述第二电极为金属材料；所述第三铁磁层采用磁性金属材料。9.根据权利要求5所述的自旋阀器件，其特征在于，所述第二铁磁层厚度小于所述第二铁磁层的铁磁性金属材料的自旋扩散长度。10.根据权利要求8所述的自旋阀器件，其特征在于，所述第一铁磁层、所述第二铁磁层和第三铁磁层采用铁fe、钴co或者镍ni；所述第一绝缘层和所述第二绝缘层采用氧化镁mgo。

技术总结
本发明提供多铁隧道结器件、自旋阀器件和自旋极化电流的调控方法，其中多铁隧道结器件，包括依次层叠的第一铁磁层、铁电层以及第二铁磁层；其中，第一铁磁层和第二铁磁层采用相同的铁磁性金属材料；第一铁磁层和铁电层之间的界面、第二铁磁层和铁电层之间的界面具有对称结构，多铁隧道结器件用于通过磁电耦合效应实现自旋极化电流的产生与调控。通过上述方式，本发明基于铁磁层和铁电层之间的界面处所产生的磁电耦合效应，通过外部电场改变铁电层极化方向进而调控自旋电流的极化方向，提高了反转自旋隧穿电流极化状态的速度，也降低了调控自旋隧穿电流极化状态的所需的能量，为自旋电子学应用领域带来新的机遇。电子学应用领域带来新的机遇。电子学应用领域带来新的机遇。


技术研发人员：刘飞 王宇宸 张力公 姚冠文 刘晓彦 康晋锋
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：2022.07.29
技术公布日：2022/11/11