一种基于畴壁单向运动的二极管

本发明涉及自旋电子，尤其涉及一种基于畴壁单向运动的二极管。

背景技术：

1、由于畴壁在存储、逻辑器件、神经网络计算方向的潜在应用前景，重金属和铁磁多层膜中手性畴壁的运动被广泛研究。

2、一般情况下，重金属层中自旋流的自旋方向严格沿着横向方向。然而，在低对称非共线结构中，自旋流自旋极化方向出现偏转，自旋轨道矩也有别于传统情况。自旋极化方向的偏转，为自旋电子器件的设计提供新的方向。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种基于畴壁单向运动的二极管，实现基于畴壁的单向运动，设计一种基于畴壁的新型二极管。

2、本发明提供一种基于畴壁单向运动的二极管，包括：

3、双层结构，包括自旋流源层和铁磁功能层，所述铁磁功能层位于所述自旋流源层上方，所述自旋流源层用于产生非共线自旋流；

4、左端结构，包括铁磁钉扎层和非磁层，所述磁钉扎层位于所述非磁层上方，所述左端结构位于所述双层结构的左上方；

5、从上到下依次布设的所述磁钉扎层、所述非磁层和所述铁磁功能层构成自旋阀结构，所述自旋阀结构用于通过自旋转移矩效应产生畴壁和巨磁阻变化检测畴壁，在所述自旋流源层产生的特定自旋极化方向的自旋流驱动下，所述畴壁单向运动；

6、右端结构，与所述左端结构相同，所述右端结构位于所述双层结构的右上方。

7、根据本发明提供的一种基于畴壁单向运动的二极管，在二极管的畴壁结构为up-down结构的情况下，所述左端结构中的自旋阀结构用于通过自旋转移矩效应产生畴壁，并通过右端自旋阀结构磁阻值变化检测畴壁是否抵达；

8、在所述二极管的畴壁结构为down-up结构的情况下，所述右端结构中的自旋阀结构用于通过自旋转移矩效应产生畴壁，并通过左端自旋阀结构磁阻值变化检测畴壁是否抵达。

9、根据本发明提供的一种基于畴壁单向运动的二极管，所述畴壁的单向运动通过对所述铁磁功能层的dm作用常数和所述自旋流源层产生的自旋流自旋极化方向进行调控实现。

10、根据本发明提供的一种基于畴壁单向运动的二极管，所述畴壁单向运动时的动力学行为的获取步骤包括：

11、对所述非共线自旋流的驱动下所述畴壁的动力学行为进行分析，构建thiele方程组；

12、基于四阶龙格库塔法求解所述thiele方程组，得到所述畴壁的动力学行为。

13、根据本发明提供的一种基于畴壁单向运动的二极管，所述畴壁的动力学行为包括畴壁中心位置、中心位置磁矩方位角和畴壁倾斜角。

14、根据本发明提供的一种基于畴壁单向运动的二极管，所述thiele方程组的公式如下：

15、

16、

17、其中，q为所述畴壁中心位置，为所述中心位置磁矩方位角，β为所述畴壁倾斜角，ms为饱和磁化强度，γ0为旋磁比，a为交换常数，nx为退磁因子，μ0为真空磁导率，α为阻尼因子，hso为自旋轨道耦合项，j为电流密度，k为各向异性常数，d为dm作用常数，w为所述铁磁功能层的宽度，δ为所述畴壁的宽度，所述自旋流源层产生的自旋流自旋极化方向σ＝(σx,σy,σz)。

18、根据本发明提供的一种基于畴壁单向运动的二极管，所述畴壁的宽度的计算公式为：

19、

20、根据本发明提供的一种基于畴壁单向运动的二极管，所述自旋轨道耦合项的计算公式为：

21、

22、其中，μb为玻尔磁子，θsh为自旋霍尔角，tm为所述铁磁功能层的厚度，e为电子的电荷量。

23、根据本发明提供的一种基于畴壁单向运动的二极管，所述自旋流源层为mote2、wte2或mn3pt等。

24、根据本发明提供的一种基于畴壁单向运动的二极管，所述铁磁功能层为cofeb等。

25、本发明提供的一种基于畴壁单向运动的二极管，通过基于畴壁的单向运动设计基于畴壁的新型二极管，在自旋流源层的特定自旋极化方向的自旋流驱动下，畴壁单向运动，相比于基于传统自旋轨道矩驱动畴壁运动的二极管，新的设计在结构上更加简单，而且畴壁的运动速度大大提高。

技术特征：

1.一种基于畴壁单向运动的二极管，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于畴壁单向运动的二极管，其特征在于，在二极管的畴壁结构为up-down结构的情况下，所述左端结构中的自旋阀结构用于通过自旋转移矩效应产生畴壁，并通过右端自旋阀结构的磁阻值变化检测畴壁是否抵达；

3.根据权利要求1所述的基于畴壁单向运动的二极管，其特征在于，所述畴壁的单向运动通过对所述铁磁功能层的dm作用常数和所述自旋流源层产生的自旋流自旋极化方向进行调控实现。

4.根据权利要求1所述的基于畴壁单向运动的二极管，其特征在于，所述畴壁单向运动时的动力学行为的获取步骤包括：

5.根据权利要求4所述的基于畴壁单向运动的二极管，其特征在于，所述畴壁的动力学行为包括畴壁中心位置、中心位置磁矩方位角和畴壁倾斜角。

6.根据权利要求5所述的基于畴壁单向运动的二极管，其特征在于，所述thiele方程组的公式如下：

7.根据权利要求6所述的基于畴壁单向运动的二极管，其特征在于，所述畴壁的宽度的计算公式为：

8.根据权利要求6所述的基于畴壁单向运动的二极管，其特征在于，所述自旋轨道耦合项的计算公式为：

9.根据权利要求1-8任一所述的基于畴壁单向运动的二极管，其特征在于，所述自旋流源层为mote2、wte2或mn3pt。

10.根据权利要求1-8任一所述的基于畴壁单向运动的二极管，其特征在于，所述铁磁功能层为cofeb。

技术总结本发明提供一种基于畴壁单向运动的二极管，该二极管包括：双层结构，包括自旋流源层和铁磁功能层，铁磁功能层位于自旋流源层上方，自旋流源层用于产生非共线自旋流；左端结构，包括铁磁钉扎层和非磁层，磁钉扎层位于非磁层上方，左端结构位于双层结构的左上方；从上到下依次布设的磁钉扎层、非磁层和铁磁功能层构成自旋阀结构，自旋阀结构用于通过自旋转移矩效应产生畴壁和巨磁阻变化检测畴壁；右端结构，与左端结构相同，右端结构位于双层结构的右上方，在自旋流源层产生的特定极化方向的自旋流驱动下，畴壁单向运动。本发明实现在特定自旋极化方向非共线自旋流驱动下畴壁的单向运动，结构简单，运动速度快。技术研发人员：沈茂康,邹垒,游龙,宋敏,郭喆受保护的技术使用者：湖北大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17