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
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
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
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
An Energy-Efficient Bennett Clocking Scheme for 4-State Multiferroic Logic
具有双轴磁晶各向异性的纳米磁体具有四个稳定的磁化方向，可以编码4状态逻辑位（00）、（01）、（11）和（10）。最近，提出了一种由三个这样的纳米磁体通过偶极相互作用而相互作用的四态NOR门。在这里，我们设计了一个班尼特时钟方案，传播4状态逻辑位单向这样的门之间。纳米磁体被认为是由2相应变耦合磁致伸缩/压电多铁性元素，如镍和锆钛酸铅（PZT）。施加在压电层上的200 mV的小电压可以在磁致伸缩层中产生足够的机械应力，以使其磁化旋转远离四个稳定取向之一，并实现贝内特时钟。我们表明，一个特定的正电压和负电压序列将传播4状态逻辑位单向下降的逻辑流的这种多铁性纳米磁体链。
2011-05-09 cond-mat.mes-hall
Reprogrammable magnonic logic in a multiferroic heterostructure via magnetoelectric coupling
Laboratoire Albert Fert, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay（阿尔伯特·费尔特实验室，法国国家科学研究中心，泰雷兹集团，巴黎萨克雷大学）；Faculty of Information Technology and Bionics, Pázmány Peter Catholic University（帕兹马尼·彼得天主教大学信息与仿生技术学院）；Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, CNRS, Université Paris-Saclay（纳米科学与工程中心，法国国家科学研究中心，巴黎萨克雷大学）；Laboratoire de Physique des Solides, CNRS, Université Paris-Saclay（固体物理实验室，法国国家科学研究中心，巴黎萨克雷大学）；Institute of Applied Physics, University of Münster（明斯特大学应用物理研究所）
本研究通过磁电耦合在多铁异质结构中实现可重新编程的磁性逻辑，展示了通过铁电域工程精确调节磁子散射 dispersion 的方法，实现了频率偏移达150 MHz的可重构波导，并展示了该方法非易失性和可逆性控制的优势，进一步展示了其在磁性逻辑、共振和神经形态计算中的应用前景。
2026-05-16 cond-mat.mes-hall
Four-state nanomagnetic logic using multiferroics
作者展示了如何使用具有双轴磁晶各向异性的三个应变耦合磁致伸缩-压电多铁性纳米磁体（例如Ni/PZT）来实现四态通用逻辑门（NOR）。两个纳米磁体在其磁化方向上编码2态输入位，第三个纳米磁体通过与输入纳米磁体的偶极相互作用产生输出位。在-0.2V和+0.2V之间交替的电压脉冲被施加到第三纳米磁体的PZT层，并且在其Ni层中产生交替的拉伸和压缩应力以产生输出位，同时每次栅极操作耗散~ 57，000 kT（0.24fJ）的能量。
2011-01-05 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
Hybrid magneto-dynamical modes in a single magnetostrictive nanomagnet on a piezoelectric substrate arising from magneto-elastic modulation of precessional dynamics
磁弹性（或“应变电子”）切换已经成为用于切换磁存储器、逻辑和非布尔电路中的磁致伸缩纳米磁体的磁化的极其节能的机制。在这里，我们研究了超快磁动力学与应变开关在一个单一的准椭圆形磁致伸缩Co纳米磁体沉积在压电PMN-PT基板使用时间分辨磁光克尔效应（TR-MOKE）测量。TR-MOKE中的脉冲激光泵浦束起着双重作用：它引起纳米磁体的磁化关于施加的偏置磁场的进动，并且它还在压电衬底中产生表面声波（SAW），所述表面声波在磁致伸缩纳米磁体中产生周期性应变并调制进动动力学。这种调制引起了有趣的混合磁动力学模式的纳米磁体，具有丰富的自旋波纹理。这些模式的特征频率为5-15 GHz，表明应变可以在远小于1 ns（~100 ps）的时间尺度上影响磁致伸缩纳米磁体中的磁化强度。这可以实现由应变而不是自旋极化电流致动的~10 GHz范围的磁弹性纳米振荡器，以及用于磁振子逻辑电路、全息图等的自旋波的超快磁电生成。
2018-11-27 cond-mat.mes-hall
CoMET: Composite-Input Magnetoelectric-based Logic Technology
这项工作提出了CoMET，一种快速和节能的自旋电子器件的逻辑应用。将输入电压施加到与复合结构接触的铁电（FE）材料，所述复合结构为具有平面内磁各向异性（IMA）的铁磁体（FM），所述铁磁体（FM）放置在具有垂直磁各向异性（PMA）的栅极内FM互连的顶部上。通过磁电（ME）效应，输入电压在PMA-FM互连的输入端处使畴壁（DW）成核。然后，所施加的电流快速地将DW向输出FE结构传播，其中，逆ME效应生成输出电压。该电压使用能够实现高效器件级联的新颖电路结构传播到下一个CoMET器件的输入。通过系统地探索参数选择对器件性能的影响，对CoMET的材料参数进行了优化。在7 nm CoMET器件上的模拟显示出快速、低能量的操作，INV的延迟/能量为98 ps/68 aJ，MAJ 3的延迟/能量为135 ps/85 aJ。
2017-04-17 cond-mat.mes-hall cs.ET
Physics-Based Models for Magneto-Electric Spin-Orbit Logic Circuits
自旋电子器件由于其能量效率和与CMOS的兼容性，是一种有前途的超CMOS器件选择。为了准确地捕捉它们的多物理动力学，需要严格处理自旋和电荷以及它们之间的相互转换。在这里，我们提出了基于物理的设备模型的基础上的4x 4矩阵的自旋轨道耦合部分的磁电自旋轨道（MESO）设备。基于Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）和Landau-Khalatnikov（LK）方程，提出了一个更严格的铁电和磁电开关的物理模型。在SPICE电路仿真环境中实现了组合模型，仿真结果表明MESO实现的可行性和缓冲器，振荡器和多数门的功能操作。
2021-10-21 cond-mat.mes-hall cs.ET physics.app-ph
Magnetization Dynamics, Bennett Clocking and Associated Energy Dissipation in Multiferroic Logic
最近已经表明，多铁性逻辑-其中逻辑位在弹性耦合到压电层的纳米级磁致伸缩层的磁化方向上编码-可以用施加到压电层的几十mV的小静电势进行Bennett计时。电势在磁致伸缩层中产生应力，并将其磁化旋转大角度以进行贝内特计时。这种计时方法比使用自旋转移力矩更节能。为了评估这样的时钟方案也可以合理快速，我们已经研究了最近邻偶极耦合的多铁性逻辑阵列的磁化动力学的Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程。我们发现，开关延迟约3 ns（0.33 GHz的时钟速率），可以实现与适当的设计，只要我们时钟非同步和耗散约48,000 kT（在室温下）的能量，每个时钟周期每个位翻转的时钟电路。这种耗散远远超过了分离两个逻辑状态的能量势垒，我们假设该能量势垒为32 kT，以产生误码概率。如果我们使用自旋转移矩以相同的~ 3 ns延迟进行切换，则能量耗散将大得多（~ $6 \times 106$ kT）。这表明，自旋转移力矩，广泛用于磁性随机存取存储器，是一种低效的方式来切换一个磁铁，和多铁性逻辑时钟与电压感应应力是一个优越的纳米磁性逻辑方案。
2011-05-31 cond-mat.mes-hall
Extended electron states and magneto-transport in a 3-simplex fractal
本文采用实空间重整化群方法研究了在磁场作用下，单电子本征态在任意大小的3-单形分形晶格中的传输系数。特别地，我们讨论了扩展电子态的存在性以及磁场对系统光谱的影响。一个一般的配方，使我们能够处理各向同性和各向异性的情况下。结果发现，在一般情况下，通过各向异性分形的传输大于其各向同性对应。此外，我们指出了一个非常有趣的相关性的一个子集的值的外部字段，和多个固定点周期对应的扩展本征态的哈密顿量。提出了观察这种相关性的处方。这方面在这种确定性结构中的扩展状态的分类中可能是重要的。
2005-06-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Spin-Polarization in Magneto-Optical Conductivity of Dirac Electrons
基于Kubo公式提出了一种机制，使Dirac电子在具有强自旋轨道相互作用的固体（如铋）中产生自旋极化磁光电流。在各向同性Wolff模型中计算了外加磁场下的交流电流响应函数，得到了Dirac电子的选择规则。利用圆偏振光并调谐其频率，当化学势位于带隙内时，可以激发出自旋极化的朗道最低能级上的电子，从而实现磁光电流中的自旋极化。
2011-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Clocked Magnetostriction-Assisted Spintronic Device Design and Simulation
我们提出了一种异质结构的设备，包括磁铁和压电显着改善延迟和能量耗散的全自旋逻辑（ASL）设备。本文研究和模拟的设备的物理，说明其操作，并基准其性能使用SPICE模拟。我们表明，该器件保持低电压操作，非互易性，非挥发性，可扩展性，和热可靠性的原始ASL设备。此外，通过利用磁体从能量分布的鞍点的确定性切换，该装置在能量和延迟方面更有效，并且对热波动是鲁棒的。仿真结果表明，与ASL器件相比，对于32位算术逻辑单元（ALU），该器件实现了21倍的延迟和27倍的单位能量耗散。
2017-11-23 cond-mat.mes-hall cs.ET physics.app-ph
Isotropic and anisotropic spin-dependent transport in epitaxial Fe$_3$Si
本研究通过分析外延Fe₃Si薄膜中AMR、PHE、AHE和SHE的特性，揭示了AMR和PHE的电流取向各向异性与AHE、SHE的各向同性差异，阐明了其与局域能带特性及贝里曲率积分的关联。
2025-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Weak anisotropy and disorder dependence of the in-plane magnetoresistance in high mobility (100) Si-inversion layers
本文研究了（100）Si反型层中二维电子系统的磁电阻（MR），电流在二维平面内与磁场垂直和平行取向。磁电阻几乎是各向同性的，这一结果不支持Si反型层中MR的轨道起源的建议。然而，在跳跃区，MR包含在磁场中非单调的弱各向异性分量。我们发现，该领域，在MR饱和，对于不同的样品变化的一个因素的两个，低于或高于自由载流子的完整的自旋极化的字段。因此，磁电阻的饱和不能用自由载流子的自旋极化来确定。
2001-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
