磁存储单元及磁存储器

本发明涉及磁存储，具体地，涉及一种磁存储单元及磁存储器。

背景技术：

1、在人工智能、云计算和大数据等前沿技术的驱动下，全球每年产生的数据总量越来越大。硬盘是当前大容量存储的主要载体，主要由磁头以及存储介质组成，每比特存储介质的磁性状态代表所存储的数字信息。写入信息则主要是通过磁头施加外磁场实现的。存储器的两项关键指标分别是存储密度以及写入速度。为了进一步提升硬盘的存储密度，厂商们采用了各种各样的方法，目前主要包括微波辅助磁记录、热辅助磁记录以及点阵磁记录。代表厂商包括希捷、西数以及东芝等，这些技术也越来越成熟，有望在不久的未来正式实现商用化。然而在这些写入方式中，磁矩的翻转均是是通过外加磁场实现的，是一种进动式的翻转。受到进动频率的制约(通常在1ghz-10ghz，由材料内部有效磁场决定)，磁矩的翻转时间也就是信息的写入时间被限制在纳秒尺度。因此在硬盘发展的几十年里，其写入速度一直没有得到提升。

2、目前有两种方案提升硬盘的写入速度，第一种方案(现有技术一)是全光磁翻转，2007年，c.d.stanciu等人借助飞秒宽度的激光脉冲在gdfeco(钆铁钴)薄膜中首次实现了超快磁翻转，翻转时间在皮秒尺度，然而经过后续的研究，研究学者们发现单脉冲的超快磁翻转只能在含gd(钆)的亚铁磁材料体系中实现，对于其它的众多亚铁磁以及铁磁材料，完整的磁翻转的实现通常依赖于成百上千个激光脉冲的作用，翻转速度很慢，不适用于全光磁记录。此外，合金材料具有一定的不均匀性。以gdco(钆钴合金)为例，在某些区域gd的含量较大，在某些区域co(钴)的含量较大，而对于gdco来说，gd的含量通常在20％至30％之间才能实现全光翻转，且gdco的临界翻转功率随着gd含量的变化而变化，因此如果将gd合金作为全光翻转硬盘系统中的磁介质，信息写入的稳定性会非常差。

3、第二种方案(现有技术二)是利用热各向异性矩翻转磁矩，2019年davis等人提出了一种利用超快激光脉冲激发热各向异性矩并结合面内磁场翻转磁矩的方法。在这一方案中，存储介质可以为铁磁、亚铁磁或者磁性多层膜，适用性非常广泛。然而，这一方案没有利用到激光旋性的作用且翻转磁矩的过程中需要面内磁场的辅助，整个系统架构较为复杂，大大增加了此方案的应用难度。

技术实现思路

1、本发明实施例的主要目的在于提供一种磁存储单元及磁存储器，适用于各种材料体系，且磁矩的翻转无需面内磁场的辅助，简化了整体架构，降低了生产成本，提高了信息写入的速度和稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供一种磁存储单元，包括：

3、具有平行于反铁磁层表面的磁化方向的反铁磁层，用于产生平行于反铁磁层表面的交换偏置场；

4、具有垂直于存储磁性层表面的磁化方向的存储磁性层，设置在反铁磁层上，用于产生垂直于存储磁性层表面且响应于外部激光旋转方向的变化的各向异性场；

5、其中，外部激光作用于存储磁性层，使存储磁性层的各向异性场发生变化，存储磁性层的磁矩受到交换偏置场和变化的各向异性场的共同作用发生定向翻转以将数据写入存储磁性层。

6、本发明实施例的磁存储单元包括产生平行于反铁磁层表面的交换偏置场的反铁磁层以及设置在反铁磁层上、产生垂直于存储磁性层表面的各向异性场的存储磁性层；外部激光作用于存储磁性层使各向异性场发生变化，进而使存储磁性层的磁矩发生定向翻转以将数据写入存储磁性层，适用于各种材料体系，且磁矩的翻转无需面内磁场的辅助，简化了整体架构，降低了生产成本，提高了信息写入的速度和稳定性。

7、本发明实施例还提供一种磁存储器，包括：

8、如上所述的磁存储单元；

9、激光源，用于发射激光脉冲；

10、线偏振片，用于将激光脉冲转换为线偏振光；

11、四分之一波片，用于将线偏振光转换为具有旋性的圆偏振光；

12、其中，激光源发射的激光脉冲经线偏振片转换为线偏振光后，再经四分之一波片转换为具有旋性的圆偏振光；圆偏振光作用于磁存储单元中的存储磁性层，令存储磁性层的磁矩发生定向翻转以将数据写入存储磁性层。

13、本发明实施例的磁存储器包括激光源、线偏振片、四分之一波片和如上所述的磁存储单元，激光源发射的激光脉冲经线偏振片转换为线偏振光后，再经四分之一波片转换为具有旋性的圆偏振光并作用于磁存储单元中的存储磁性层，令存储磁性层的磁矩发生定向翻转以将数据写入存储磁性层，适用于各种材料体系，且磁矩的翻转无需面内磁场的辅助，简化了整体架构，降低了生产成本，提高了信息写入的速度和稳定性。

技术特征：

1.一种磁存储单元，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的磁存储单元，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的磁存储单元，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求1所述的磁存储单元，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求1所述的磁存储单元，其特征在于，

6.一种磁存储器，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的磁存储器，其特征在于，还包括：聚光器；

8.根据权利要求7所述的磁存储器，其特征在于，还包括：反射镜；

9.根据权利要求6所述的磁存储器，其特征在于，所述激光脉冲的宽度大于或等于1飞秒且小于或等于100皮秒。

10.根据权利要求6所述的磁存储器，其特征在于，

技术总结本发明提供一种磁存储单元及磁存储器，该磁存储单元包括：具有平行于反铁磁层表面的磁化方向的反铁磁层，用于产生平行于反铁磁层表面的交换偏置场；具有垂直于存储磁性层表面的磁化方向的存储磁性层，设置在反铁磁层上，用于产生垂直于存储磁性层表面且响应于外部激光旋转方向的变化的各向异性场；其中，外部激光作用于存储磁性层，使存储磁性层的各向异性场发生变化，存储磁性层的磁矩受到交换偏置场和变化的各向异性场的共同作用发生定向翻转以将数据写入存储磁性层。本发明适用于各种材料体系，且磁矩的翻转无需面内磁场的辅助，简化了整体架构，降低了生产成本，提高了信息写入的速度和稳定性。技术研发人员：魏家琦,赵巍胜,张博宇受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/1/16