Critical analysis and remedy of switching failures in straintronic logic using Bennett clocking in the presence of thermal fluctuations
应变逻辑是一个有前途的平台，超越摩尔定律的计算。使用Bennett时钟机制，信息可以通过应变介导的多铁性纳米磁体阵列传播，利用磁体之间的偶极耦合，而不必将它们物理互连。在这里，我们对开关故障进行了批判性分析，即，由于通过一系列这样的应变电子器件的热波动而引起的信息传播误差。我们解决了随机Landau-Lifshitz-Gilbert方程考虑室温热扰动和磁化开关可能会失败，由于固有的磁化动力学伴随着热加宽的开关延迟分布。提出了规避此类问题的途径。
2015-04-17 cond-mat.mes-hall
Switching of Dipole Coupled Multiferroic Nanomagnets in the Presence of Thermal Noise: Reliability of Nanomagnetic Logic
通过求解单畴宏观自旋态的随机Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程，数值研究了偶极耦合到硬纳米磁体的多铁性纳米磁体的应力诱导开关行为.不同的因素被发现在室温下的热噪声的存在下，影响切换概率：（i）偶极耦合强度，（ii）应力水平，和（iii）应力撤回率（斜坡率）。我们报告说，热加宽的磁化分布导致大的开关错误率。这可能使依赖偶极耦合来执行布尔逻辑运算的纳米磁性逻辑方案不切实际，无论它们是通过应力或场或其他手段来计时。
2016-07-25 cond-mat.mes-hall
Geometry Effects in Switching of Nanomagnets with Strain: Reliability, Energy Dissipation and Clock Speed in Dipole-Coupled Nanomagnetic Logic
应变时钟偶极耦合纳米磁逻辑是一种节能的布尔逻辑范例，其进展一直受到其高错误率倾向的阻碍。为了缓解这个问题，我们研究了纳米磁体几何形状对错误率的影响，重点是椭圆形和圆柱形几何形状。我们以前曾报道过，在切换过程中的磁化矢量的平面外偏移产生了一个旋进扭矩，这是负责高切换错误概率在椭圆形纳米磁体几何形状。圆柱形磁体中没有这种扭矩预示着较低的错误率，但我们的模拟表明，与椭圆形磁体相比，错误率实际上没有显著改善，而切换变得不可接受地慢。在这里，我们表明，与CMOS器件相比，偶极耦合纳米磁逻辑可以提供相对较高的可靠性（切换错误概率< 10^-8）、中等的时钟速度（~ 100 MHz）和2-3个数量级的节能，前提是磁体的形状各向异性能垒增加到至少~5.5 eV，以允许在相邻纳米磁体之间设计更强的偶极耦合。
2016-07-25 cond-mat.mes-hall
Patterns and Thresholds of Magnetoelectric Switching in Spin Logic Devices
在寻求发展自旋电子逻辑的过程中，人们发现磁电开关比其他机制具有更低的能量和更短的开关时间。由于在与多铁性（诸如BiFeO3）的界面处的交换偏置而产生的磁电（ME）场非常适合于磁化的180度切换。ME场由BiFeO3中的倾斜磁化方向确定，该倾斜磁化方向可以指向与施加电压的平面成一定角度的方向。通过微磁学模拟确定了开关时间和电磁场阈值与开关角的关系。通过在BFO顶部的纳米磁体侧上形成畴壁并将其传播到磁体的其余部分来发生切换。对于面内磁化，切换发生在很宽的角度范围内，并在ME场的所有幅度高于阈值。对于面外磁化失效，由于从纳米磁体的相对端反射的畴壁而发生（除了ME场的窄范围的角度和幅度）。
2017-09-20 cond-mat.mes-hall
Comment on "Spin-Orbit Logic with Magnetoelectric Nodes: A Scalable Charge Mediated Nonvolatile Spintronic Logic" (arXiv:1512.05428)
英特尔公司的研究人员最近提出了“磁电自旋轨道（MESO）”逻辑作为超越CMOS电子学的新策略[1]。英特尔研究人员预测，这一概念有可能将每位开关能量降低到“GHz逻辑的热力学极限附近（100 kT开关，100 ps延迟）”，即，接近0.4 aJ。在这里，我指出文献[1]中所述的开关能量是不正确的，因为该文献忽略了与欧姆耗散相关的大能量成本，这在MESO方案中是不可避免的。使用乐观参数，MESO方法中的每比特的真正最小开关能量至少为150 fJ，或者比参考文献[1]中所述的值大300，000倍以上。考虑到这种巨大的能量成本，MESO概念对于超CMOS逻辑来说不是一个可行的策略。
2016-07-22 cond-mat.mes-hall
Switching dynamics of a magnetostrictive single-domain nanomagnet subjected to stress
通过求解Landau-Lifshitz-Gilbert方程，研究了面内应力作用下单畴磁致伸缩纳米磁体的磁化强度矢量随时间的演化。应力在时间上线性地斜升，并且切换延迟（其是磁化翻转所花费的时间）被计算为斜升速率的函数。对于高水平的应力，延迟表现出对斜坡速率的非单调依赖性，表明存在{ \it最佳}斜坡速率以实现最短延迟。对于恒定的斜坡速率，延迟最初随着应力的增加而减小，但随后饱和，这表明延迟和应力（或切换中耗散的能量）之间的权衡随着应力的增加变得越来越不利。所有这些特征是由于应力引起的磁化矢量的面内和面外动态之间的复杂相互作用。
2011-03-02 cond-mat.mes-hall
Voltage-Controlled Low-Energy Switching of Nanomagnets through Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida Interactions for Magnetoelectric Device Applications
在这封信中，我们认为通过模拟Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）之间的相互作用坐在导电表面上的纳米磁体，和电压控制的门控的低能量开关的纳米磁体可能的存储器和非易失性逻辑应用。对于特异性，我们考虑纳米磁体与垂直各向异性的三维拓扑绝缘体。我们通过耦合到一个或多个纳米磁体的设置方向的RKKY为基础的切换一个纳米磁体的可能性和动力学建模。存储器和非易失性逻辑的应用被认为是，与跟随器，反相器和多数门功能。亚阿焦耳开关能量，远远低于传统的自旋转移矩（STT）为基础的存储器，甚至低于CMOS逻辑出现可能的。开关时间的顺序为几纳秒，相当于时间STT开关，估计铁磁纳米磁体。
2016-03-18 cond-mat.mes-hall
Error Probability in Magneto-elastic Switching of Non-ideal Nanomagnets with Defects: A Case Study for the Viability of Straintronic Logic and Memory
磁致伸缩纳米磁体的磁弹性（应变）开关是一种非常节能的（磁）二进制开关的开关方法，由于其在超低功耗数字计算硬件中的潜在应用，最近引起了广泛的关注。不幸的是，这种切换方式在室温下也非常容易出错。磁弹性开关的切换错误概率的理论研究预测的概率范围从10E-8 - 10E-3在室温下的理想的，无缺陷的纳米磁体，但与真正的纳米磁体的实验表明，在某些情况下，超过0.1的概率要高得多。导致这种巨大差异的明显破坏因素是缺陷和非理想性。在这里，我们已经从理论上研究了常见的缺陷（在制造过程中发生）的磁弹性开关概率在室温下的热噪声的存在下的效果。令人惊讶的是，我们发现，即使是很小的缺陷增加的数量级的切换错误的概率。通常有一个临界应力，导致最低的错误概率和它的值在缺陷的存在大大增加。所有这些都可能限制或排除磁弹性（应变）二进制开关在布尔逻辑或存储器中的应用，尽管它们具有出色的能量效率，并将它们限制在非布尔（例如神经形态，随机）计算应用中。我们还研究了具有恒定振幅的应力脉冲和正弦时变振幅（例如，由于表面声波）的磁弹性切换之间的差异，并且发现后一种方法更可靠，并且在大多数情况下产生更低的切换错误概率，只要时间变化相当缓慢。
2019-09-10 cond-mat.mes-hall
Comment on "An error-resilient non-volatile magneto-elastic universal logic gate with ultralow energy-delay product" [Sci. Rep. 4, 7553 (2014)]
arXiv管理员注意：由于不专业的人身攻击，此提交已被arXiv管理员撤回。
2015-01-22 cond-mat.mes-hall
Magneto-elastic universal logic gate: A non-volatile, error-resilient Boolean logic gate with ultra-low energy-delay product
计算机技术的一个长期目标是用同一设备处理和存储数字信息，以实现新的体系结构。实现这一点的一种方法是使用纳米磁性“非易失性”逻辑门，其可以执行布尔运算，然后将输出数据存储在纳米磁体的磁化状态中，从而兼作逻辑和存储器。不幸的是，许多提出的纳米磁性门不具备布尔逻辑门的七个基本特征：级联性，非线性，输入和输出之间的隔离，增益，通用逻辑实现，可扩展性和错误恢复能力。更重要的是，它们的能量延迟产品和错误率大大超过了传统的基于晶体管的逻辑门，这是一个缺点。在这里，我们提出了一种非易失性压控纳米磁逻辑门，它具有逻辑门的所有必要特征，并且其能量延迟积比其他纳米磁（非易失性）逻辑门小~2个数量级，比（易失性）基于CMOS的逻辑门小~1个数量级。错误恢复能力也优于其他已知的纳米磁性门。
2015-04-20 cond-mat.mes-hall
Voltage and Energy-Delay Performance of Giant Spin Hall Effect Switching for Magnetic Memory and Logic
在这封信中，我们表明，巨自旋霍尔效应（GSHE）MRAM可以实现更好的能量延迟和电压性能比传统的MTJ为基础的自旋扭矩器件在缩放纳米磁体尺寸（10-30 nm）。首先，我们推导了尺寸缩放对自旋注入效率、电压延迟和能量延迟的影响，并确定了低工作电压（<0.1 V）、高速（>10 GHz）操作的最佳电极几何形状。我们表明，有效的自旋注入效率> 100%，可以获得使用最佳的自旋霍尔电极厚度为30 nm的纳米磁体宽度。最后，我们推导了GSHE和MTJ器件的能量延迟轨迹，计算了GSHE和MTJ器件在磁体特征时间处能量最小的能量延迟积。优化的GSHE器件在与PMA结合时可以使MRAM具有缩放的纳米磁体（30 nm X 60 nm）、超低电压操作（< 0.1 V）、快速开关时间（10 ps）和低至100 aJ/位的开关能量。
2013-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field-Free Reconfigurable Spin Logic in Compositionally Graded MnxCoAl Layer
Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Hangzhou International Innovation Institute, Beihang University（北京航空航天大学杭州创新研究院）；Institut Jean Lamour, Université de Lorraine, CNRS（洛林大学让·拉穆尔研究所）
该研究在垂直成分梯度MnxCoAl/Pt异质结构中，通过调控电流脉冲实现无场自旋轨道矩翻转，在同一器件中完成多种布尔运算，拓展了Mn-Co-Al赫斯勒异质结构的应用场景。
2026-10-09 cond-mat.mes-hall
Macrospin model of incubation delay due to the field-like spin transfer torque
我们表明，在磁隧道结中没有预开关振荡（“孵化延迟”）可以解释内的宏观自旋模型由一个相当大的类场分量的自旋转移力矩。它进一步建议，在外部易轴磁场的存在下，隧道结开关时间的电压依赖性的测量可以用来确定的大小和电压依赖性的类场转矩。
2008-10-19 cond-mat.mes-hall
Spin-Orbit Logic with Magnetoelectric Nodes: A Scalable Charge Mediated Nonvolatile Spintronic Logic
随着纳米电子学接近纳米尺度，人们正在进行大量努力，以确定下一个可扩展的逻辑技术，超越互补金属氧化物半导体（CMOS）计算。这样的计算技术需要在减小的尺寸下提高开关能量和延迟，允许改进的互连并提供完整的逻辑/存储器家族。然而，可行的超越CMOS逻辑技术仍然难以捉摸。在这里，我们提出了一个可扩展的自旋电子逻辑器件，通过自旋轨道转换结合磁电开关。建议的磁电自旋轨道（MESO）逻辑，使一个新的范例，继续缩放的逻辑性能接近热力学极限GHz的逻辑（100千吨开关能量在100 ps延迟）。所提出的MESO器件具有很强的可扩展性，并且与器件的临界尺寸成正比，显示出开关能量与尺寸的立方关系（E_m与W^3成正比）和与电压的平方关系（E_m与V^2成正比）。由于自旋轨道效应（例如，逆自旋霍尔效应（ISHE）和逆Rashba-Edelstein效应（IREE））的性质以及电容对尺寸的依赖性，获得了优异的缩放。这些器件的工作电压预计< 100 mV，这使得电压随尺寸和相应的能量降低而缩放的历史趋势有了显著的飞跃。互连电阻是缩放超过10 nm尺寸的关键障碍。我们预测互连电阻的不利影响较小，并表明MESO逻辑适用于高电阻互连（100 μ Ohm.cm-1 mOhm.cm），这开启了使用纳米金属（宽度<体电子平均自由程）或掺杂半导体线（宽度<5 nm）的可能性。这里提出的可扩展的CMOS兼容的非易失性逻辑家族可…
2017-03-05 cond-mat.mes-hall
Gate-controlled phase switching in a Parametron
参变管是一种基于谐振器的逻辑器件，是新兴计算范式的一个有前途的物理平台。当参变管同时受到参数泵浦和外部驱动时，会出现复杂的现象，可以为应用提供收获。在本文中，我们实验证明了确定性的相位开关的参数通过施加频率调谐脉冲。令我们惊讶的是，我们发现不同的制度的相位切换由于参数泵和外部驱动器之间的相互作用。我们提供完整的模拟我们的设备与数值模拟，并发现模型和测量之间的良好协议。我们的研究结果开辟了新的可能性，快速和强大的逻辑运算在大规模的参变结构。
2019-01-23 cond-mat.mes-hall
Complementary lateral-spin-orbit building blocks for programmable logic and in-memory computing
基于自旋轨道转矩的非易失性自旋电子材料和器件的电流驱动开关为未来的信息处理应用提供了快速的数据处理速度、低功耗和无限的耐久性。类似于传统的CMOS技术，重要的是开发一对互补的自旋轨道器件，其具有作为实现复杂逻辑功能的基本构建块的差异化磁化切换感测。已经提出了使用外部磁场或复杂叠层/电路设计的各种尝试，然而，仍然强烈期望更简单和更可行的方法。在这里，我们表明，一对两个局部激光退火的垂直的Pt/Co/Pt设备与相反的激光轨道配置，从而反向无场横向自旋轨道转矩（LSOTs）诱导开关的意义，可以采用这种互补的自旋轨道积木。通过对每个样品的初始磁化状态（自旋向下/向上）进行电编程，获得了AND、OR、NAND和NOR四个布尔逻辑门以及包含XOR门的自旋轨道半加法器。此外，各种初始化的自由，工作电流强度可编程的状态逻辑操作，包括材料蕴涵（IMP）门，也被证明作为一个逻辑输入的磁化状态。我们的互补LSOT构建块为未来高效的自旋逻辑和内存计算架构提供了一种适用的方式。
2020-03-14 cond-mat.mes-hall
Response to Comment on 'Spin-Orbit Logic with Magnetoelectric Nodes: A Scalable Charge Mediated Nonvolatile Spintronic Logic' (arXiv:1607.06690)
在本技术说明中，我们讨论了作者提出的一种新的逻辑器件磁电自旋轨道（MESO）逻辑的能量估计。我们提供了一个分析推导的开关能量，并支持它与时域电路模拟使用自洽铁电（FE）紧凑模型。虽然电容器充电的能量在互连和晶体管电阻中耗散，但我们注意到，切换电容器和FE的能量与互连电阻值无关。此外，器件设计可以减轻寄生能量损失。我们进一步示出了MESO逻辑器件的次10 aJ开关操作的电路模拟，包括：a）多铁性中存储的能量; b）互连电阻Ric中的能量耗散; c）逆自旋轨道耦合（ISOC）自旋-电荷转换器Risoc中的能量耗散; d）电源、接地电阻和晶体管损耗。我们还确定了自旋轨道耦合材料的电阻率的要求，并解决自旋电荷转换层的内部电阻的影响。我们提供的材料参数空间，MESO（扇出1和互连）实现子10 aJ的开关能量与路径缩放通过铁电/磁电/自旋轨道材料的发展。
2017-03-05 cond-mat.mes-hall
Area-Delay-Energy Tradeoffs of Strain-Mediated Multiferroic Devices
在超越摩尔定律的时代，多铁性器件为超低能耗计算带来了深远的希望。磁致伸缩形状各向异性的单畴纳米磁体与压电层应变耦合的多铁性复合结构中的磁化可以通过逆磁电效应在其两个稳定状态（由能量势垒分离）之间切换，其电压量很小。通过适当地选择材料，可以在亚纳秒切换延迟中以几十毫伏的电压切换磁化，同时在室温下花费~1阿焦耳的极少量能量。本文通过求解随机Landau-Lifshitz-Gilbert方程，分析了室温热涨落下多铁性器件的面积-延迟-能量平衡。我们特别关注缩小磁致伸缩纳米磁体的横向面积，这可以增加芯片上的器件密度。我们发现，纳米磁体的垂直厚度可以增加，同时按比例缩小的横向面积，并保持假设的单域限制有效。这具有重要的结果，因为它在一定程度上有助于防止磁致伸缩纳米磁体中的感生应力-各向异性能量的劣化，所述感生应力-各向异性能量与纳米磁体的体积成比例。结果表明，如果减小横向面积，开关延迟增加，而能量耗散降低。讨论了在降低开关延迟的同时仍能降低能量耗散的途径。
2015-06-18 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Spin-Transfer-Torque Switching of Synthetic Ferrimagnets
自旋电子器件（诸如磁性隧道结（MTJ））的自旋转移矩反转所需的开关速度和写入电流目前阻碍了它们在存储器和逻辑器件中的广泛实现。随着MTJ纳米结构的尺寸按比例缩小到直径数十纳米，这个问题进一步加剧，因为需要更高的磁各向异性材料来满足需要更高切换电流密度的热稳定性要求。在这里，我们提出了一个简单的解决方案，这些问题的基础上合成亚铁磁体（SFM）结构。通常假设，为了实现给定的开关延迟，电流必须超过临界电流一定的系数，因此较高的临界电流意味着较高的开关电流。我们表明，这是不是SFM结构的情况下，可以提供显着降低开关延迟为一个给定的电流密度，即使临界电流增加。这个非直观的结果可以从角动量守恒的要求来理解。我们的结论是，一个20纳米直径的MTJ纳入建议的SFM自由层结构可以在几十个皮秒的时间尺度切换。这种显着的开关速度可以通过采用目前的垂直磁各向异性材料与实验证明的交换耦合强度。
2016-06-15 cond-mat.mes-hall
Accelerating the switching of logical units by anisotropy driven magnetization dynamics
在这项工作中，支持在非磁性基板上的集群的磁化动力学表现出前所未有的复杂响应时，受到外部磁场。利用第一性原理计算和原子自旋动力学模拟研究了沉积在Cu（111）表面的Co团簇的场驱动磁化反转.对于从1特斯拉到10特斯拉范围内的应用领域，我们观察到一个相干的磁化反转的开关时间在几十分之几皮秒到几纳秒的范围内，这取决于磁场强度。我们发现一个非单调的依赖性的开关时间相对于所施加的电场的强度，我们证明了它的起源在这些低维系统的复杂的磁各向异性景观。这种效果被证明是稳定的温度约为10 K，并有可能实现在一系列的交换相互作用和各向异性景观。可能的实验路线，以实现这种独特的开关行为进行了讨论。
2012-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase-Tunable Thermal Logic: Computation with Heat
布尔代数是数学的一个分支，其中变量只能假定为真或假值，是经典计算的理论基础。布尔运算和电子开关电路之间的类比，由香农在1938年强调，为基于电子设备的现代计算铺平了道路。在令人兴奋的指数摩尔趋势之后，这种设备的计算能力的增长现在被由于计算任务引起的散热所阻碍，在芯片小型化之后非常苛刻。热量通常是一种有害的能量形式，它会增加系统的熵，降低逻辑运算的效率。在这里，我们提出了一个物理系统，能够执行热逻辑操作，通过扭转旧的热无序的缩影到一个新的热秩序的范例。我们通过对逻辑状态变量进行温度编码，并引入电子逻辑门的热对应物，为热计算奠定了基础。利用热偏置约瑟夫森结（JJ）中的量子效应，提出了一种功能完备的无耗散逻辑的可能实现。我们的架构可确保高工作稳定性和鲁棒性，开关频率可达GHz。
2017-09-25 cond-mat.mes-hall
Single spin universal Boolean logic
在量子点中操纵单电子自旋的最新进展使我们接近于实现基于在单电子的自旋极化中表示二进制位的经典逻辑门。在这里，我们表明，一个线性阵列的三个量子点，每个包含一个单一的自旋极化电子，并与最近邻交换耦合，作为通用的NAND门。在切换该门期间耗散的能量是kTln（1/p）的Landauer-Shannon极限[T =环境温度，p =固有门错误概率]。利用目前的技术，p = 1 E-9在1 K温度以上是可实现的。即使具有这种小的固有错误概率，在切换NAND门期间耗散的能量也仅为~ 21 kT，而当今的纳米级晶体管在切换时耗散约40，000 - 50，000 kT。
2008-01-25 cond-mat.mes-hall
Towards high all-optical data writing rates in synthetic ferrimagnets
虽然全光磁化开关与飞秒激光脉冲已经获得了很多的技术兴趣，可达到的最终数据速率几乎没有被调查。最近已经表明，在GdCo合金中的切换事件之后，在7 ps之后到达的第二激光脉冲可以一致地切换磁化。然而，目前还不知道是否同样适用于层状亚铁磁系统，这对应用有很大的希望。在这项工作中，我们调查的最小时间延迟之间的两个后续的开关事件在合成亚铁磁Co/Gd双层膜使用两个飞秒激光脉冲。我们的实验表明，一致的开关所需的最小时间延迟可以低至10 ps。此外，我们证明了工程热扩散远离磁性材料，以及控制激光脉冲功率的重要性。使用建模再现了这种行为，我们发现即使磁化没有完全恢复，也会发生第二次开关。我们进一步证实，热扩散是减少第二开关的时间延迟的关键因素，同时也证实了对激光功率的关键依赖性。
2022-04-04 cond-mat.mes-hall
Simulation of highly idealized, atomic scale MQCA logic circuits
自旋电子学逻辑器件的基础上形成的多数门的原子级排列的自旋晶格被认为是。开关的动力学模型的密度矩阵方程与松弛的时间相关的解决方案。所示的设备，以满足逻辑要求。计算了开关速度和耗散能量，并与电子晶体管进行了比较。模拟表明，对于高度理想化的情况下，这里假设，它是可能的权衡速度的大小，并实现较低的功耗操作比最终缩放的CMOS器件。
2007-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Experimental Clocking of Nanomagnets with Strain for Ultra Low Power Boolean Logic
布尔逻辑[1，2]的纳米磁性实现已经引起了人们的关注，因为它们的非易失性和前所未有的能源效率的潜力。不幸的是，当纳米磁体用磁场[3]或自旋转移矩[4]切换时发生的大的耗散损耗抑制了所承诺的能量效率。最近，已经有利用自旋霍尔效应切换磁体的实验报告[5-7]，以及单畴磁致伸缩纳米磁体的应变诱导切换的理论建议[8-12]，其可以显著降低耗散损耗。在这里，我们证明，第一次，应变诱导开关的单畴磁致伸缩纳米磁体的横向尺寸~200 nm的压电基板上制作的可以实现纳米磁性布尔非门和单向位信息传播偶极耦合纳米磁体链。这预示着超低能耗逻辑处理器和移动电子产品可能能够仅通过从环境中收集能量而无需电池来运行。
2015-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate voltage modulation of spin-Hall-torque-driven magnetic switching
在未来的磁存储器和非易失性自旋逻辑器件中实现磁化的有效控制的两个有前途的策略是来自自旋极化电流的自旋转移力矩和电压控制的磁各向异性（VCMA）。自旋转移矩作为下一代磁存储器的写入机制正在广泛发展，而VCMA由于更小的欧姆损耗而提供了甚至更好的能量性能的潜力。在这里，我们介绍了一个3端磁性隧道结（MTJ）器件，结合了这两种机制，以实现新的功能：栅极电压调制的自旋扭矩开关。这种选通使得更节能的开关以及用于存储器和逻辑应用的改进的架构成为可能，包括用于制造具有最大密度交叉点几何结构的磁性存储器的简单方法，该方法不需要用于每个MTJ的控制晶体管。
2012-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pulse-assisted magnetization switching in magnetic nanowires at picosecond and nanosecond timescales with low energy
详细了解磁性纳米材料中的自旋动力学对于开发超快、低能和高密度自旋电子逻辑和存储器是必要的。在这里，我们开发的微磁模型和解析解，阐明增加阻尼和单轴各向异性的磁场脉冲辅助开关时间，能量和场的要求与垂直磁各向异性和钇铁石榴石类自旋输运性质的纳米线的效果。纳米线最初使用外部磁场脉冲（写入）和自弛豫来磁化。接下来，磁矩表现出确定性的开关后，接收2.5 ns长的外部磁脉冲在两个垂直极性。有利的阻尼（α~0.1-0.5）和各向异性能（10^4-10^5 J·m^-3）允许低至皮秒的磁化转换时间。利用自旋进动不稳定性，观察到磁场低于磁化强度的磁化反转。在开关速率、能量成本和所需的外部场之间出现了竞争或纳米磁性三元困境。开发具有优化阻尼和有效各向异性的磁性纳米线可以在室温下将开关势垒降低到3163 kBT。因此，纳米磁体中的脉冲辅助皮秒和低能量开关可以实现超快纳米磁性逻辑和元胞自动机。
2020-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Material Targets for Scaling All Spin Logic
全自旋逻辑器件具有非易失性、超低工作电压、高逻辑效率和高密度集成等优点，是增强和补充CMOS集成电路计算能力的理想器件。然而，与CMOS晶体管相比，实现更低能量延迟产品性能的途径目前尚不清楚。我们表明，缩放和工程的纳米磁性材料和接口是实现自旋逻辑器件，可以超越CMOS晶体管的能量延迟性能的关键。通过验证随机纳米磁性和矢量自旋输运数值模型，我们推导出纳米磁体和通道的目标材料和界面特性。我们确定了有前途的新方向材料工程/发现集中在系统缩放磁各向异性（Hk）与饱和磁化强度（Ms），使用垂直磁各向异性，和界面自旋混合电导的铁磁体/自旋通道接口（Gmix）。我们提供了系统的目标缩放自旋逻辑能量延迟产品对2 aJ.ns的能量延迟产品，理解纳米磁体的随机噪声。
2012-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cs.ET
External-Field-Free Spin Hall Switching of Perpendicular Magnetic Nanopillar with a Dipole-Coupled Composite Structure
自旋霍尔效应（SHE）引起的垂直磁化反转由于其导致低功率存储器和逻辑器件的潜力而吸引了显著的兴趣。然而，开关需要辅助的面内磁场，这阻碍了其实际应用。在这里，我们介绍了一种新的方法，通过利用从相邻的面内磁性层产生的局部偶极场的垂直纳米磁体的外部场自由自旋霍尔开关。在没有任何外部磁场的情况下，实验证明了在偶极耦合复合堆叠中垂直CoFeB纳米柱的鲁棒开关，与微磁模拟的结果一致。在复合结构的纳米柱器件中获得了约135 Oe的面内补偿场和约45 Oe /107 Acm-2的面外环位移。通过进行微磁模拟，我们证实了复合无外场开关策略也可以适用于10 × 10 nm 2的圆柱。与其他提出的垂直磁化的无外场自旋霍尔开关方法相比，偶极耦合复合结构与广泛的自旋霍尔系统和垂直磁性隧道结兼容，为实际的基于SHE的MRAM和逻辑铺平了道路。应用。
2017-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Picosecond spin-orbit torque switching of ferrimagnets
自旋电子学为实现非易失性存储器和逻辑器件提供了一个有效的平台。在这些系统中，数据存储在磁性材料的磁化中，并且磁化在写入过程中切换。在传统的自旋电子器件中，使用具有大约纳秒的磁化动力学时间尺度的铁磁材料，为切换速度设置了限制。提高自旋电子学研究中的磁化反转速度一直是自旋电子学研究的挑战之一。在这项工作中，我们利用超快磁化动力学的亚铁磁材料，而不是铁磁体，我们使用飞秒激光脉冲和光电导Auston开关，以创建皮秒电流脉冲切换亚铁磁。通过反常霍尔和磁光克尔（MOKE）测量，我们证明了强皮秒SOT驱动的亚铁磁GdFeCo的磁化翻转。时间分辨MOKE显示GdFeCo的磁共振频率超过50 GHz，表明自旋动力学速度超过20 ps，SOT开关速度为数十皮秒。我们的工作为非易失性磁存储器和逻辑应用提供了一条实现皮秒操作速度的有前途的路线。
2019-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Picosecond Spin-Orbit Torque Induced Coherent Magnetization Switching in a Ferromagnet
本研究通过避免磁畴成核过程并相干驱动磁化，实验实现了无孵化延迟的皮秒级超快自旋轨道力矩诱导铁磁体翻转，完全翻转仅需约250 ps，为大幅提升SOT-MRAM器件写入速度提供了潜在途径。
2022-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Numerical analysis of voltage-controlled magnetization switching operation in magnetic-topological-insulator-based devices
本研究通过微磁模拟分析磁性拓扑绝缘体器件中电压控制磁化翻转的写入错误率，发现其对延迟和噪声鲁棒，室温下可实现低至10^-4的WER，且增大SOT可提升热稳定性，为超低功耗自旋电子器件提供新视角。
2023-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Compact Model of Threshold Switching Devices for Efficient Circuit Simulations
本文提出一种适用于高效电路级仿真的阈值切换器件紧凑模型，通过结合宏模型、描述性模型与物理模型，并引入内部状态变量进行参数化，成功拟合了OTS器件的实测i-v数据。
2023-08-03 cond-mat.mes-hall eess.SP physics.app-ph
