弹性波驱动磁斯格明子的方法和装置

1.本文涉及但不限于自旋电子器件领域，尤其涉及但不限于弹性波驱动磁斯格明子的方法和装置。


背景技术：

2.磁斯格明子是一种具有准粒子特性且受拓扑保护的自旋结构，它具有尺寸纳米级、高密度、高速度等优点，在磁信息存储和自旋电子学器件中有广阔的应用前景，近年来得到了人们的广泛关注。现阶段，采用电流驱动方法是驱动磁斯格明子移动的主流技术手段，但是存在功耗大、易发热等问题。


技术实现要素：

3.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
4.本技术提供了一种利用弹性波驱动磁斯格明子的方法，驱动磁斯格明子速度快，极大地改善传统方法驱动磁斯格明子时功耗大、易发热等问题。现有电流驱动磁斯格明子的方法需要在磁薄膜上施加的电流密度达到10
10
a/m2至10
11
a/m2量级，在磁薄膜上产生焦耳热。
5.本技术提供了一种驱磁斯格明子的装置，所述装置包括：复合薄膜和弹性波产生模块；
6.所述弹性波产生模块被配置成所述弹性波产生模块产生的弹性波在所述复合薄膜中传播；
7.所述装置中复合薄膜的数量为一个或两个以上；所述弹性波产生模块的数量为一个或两个以上。
8.在本技术提供的一种实施方式中，弹性波产生的弹性应变通过磁弹性耦合驱动磁斯格明子发生位移，磁斯格明子朝应变增大的方向移动，移动速度随应变梯度增大，实现磁斯格明子的输运。
9.在本技术提供的一种实施方式中，所述弹性波的波长为1μm至50μm，所述弹性波的频率为100mhz至5ghz；
10.在本技术提供的一种实施方式中，所述复合薄膜包括金属层和磁性薄膜层；
11.所述磁性薄膜层相邻的上层和相邻的下层均为金属层；
12.所述复合薄膜包括一个或两个以上的磁性薄膜层；
13.在本技术提供的一种实施方式中，所述复合薄膜中的所述金属层和所述磁性薄膜层可以依次交替堆叠；也可以以“金属层-磁性薄膜层-金属层”为重复单元，对所述重复单元进行堆叠。
14.所述金属层的材质选自第六周期的金属元素、第八族的金属元素第vb族金属元素中的任意一种或更多种；
15.在本技术提供的一种实施方式中，所述金属层的材质选自pt、ir、ta、w、ru、mo、mn和irmn中的任意一种或更多种。
16.在本技术提供的一种实施方式中，所述磁性薄膜层在垂直方向上各向异性；
17.在本技术提供的一种实施方式中，所述磁性薄膜层在垂直方向上的垂直磁各向异性场小于5mt。
18.在本技术提供的一种实施方式中，所述磁性薄膜层和所述金属层的厚度比为(1至30):(1至30)。
19.在本技术提供的一种实施方式中，所述磁性薄膜层的材质选自第六周期的金属元素、除锇铱铂外的第viii族金属元素中的任意一种或多种元素的合金，
20.或，
21.第六周期的金属元素、第viii族金属元素中的任意一种或多种元素合金、第viii族金属元素和第二周期非金属元素的合金；
22.在本技术提供的一种实施方式中，所述磁性薄膜层的材质选自co、cofeb、fege、coni、coge、cofege、cofegd、cofeni和coznmn中的任意一种或更多种。
23.在本技术提供的一种实施方式中，所述弹性波产生模块为横波产生模块或纵波产生模块中的任意一种或两种；
24.所述横波产生模块被配置成所述横波产生模块产生的横波在所述复合薄膜内传播；
25.所述弹性波经过复合薄膜中的磁性薄膜时可以产生磁斯格明子。
26.所述纵波产生模块被配置成所述纵波产生模块产生的纵波在所述复合薄膜内传播。
27.在本技术提供的一种实施方式中，所述弹性波产生模块为声表面波产生模块，所述声表面波产生模块被配置成声表面波产生模块产生的声表面波在所述复合薄膜内传播。
28.在本技术提供的一种实施方式中，所述声表面波产生模块为叉指换能器，所述声表面波产生模块设置在压电基底上；
29.在本技术提供的一种实施方式中，所述压电基底的材质选自铌酸锂、钽酸锂、氮化铝和石英中的任意一种或更多种。
30.在本技术提供的一种实施方式中，在压电基底上制作叉指电极作为叉指换能器，组成声表面波延迟线，叉指换能器激发声表面波，在声表面波的传播路径上设置所述复合薄膜。
31.在本技术提供的一种实施方式中，在压电基底上制作水平方向和垂直方向两组叉指换能器。每组叉指换能器之间的周期相等或不同，所述周期可以相差数微米。水平方向和垂直方向两组叉指换能器之间的夹角为0
°‑
90
°
。
32.所述叉指换能器的周期为1μm至50μm
33.在本技术提供的一种实施方式中，可以将弹性波产生模块和/或复合薄膜设置在波导层和压电基底之间；也可以在压电基底上先覆盖一层波导层，然后在波导层上设置复合薄膜和弹性波产生模块。
34.在本技术提供的一种实施方式中，所述压电基底的厚度可以为0.1mm至0.5mm，所述波导层的厚度可以为200nm至800nm(所述压电基底和所述波导层的厚度比可以为(1000
至5000):(2至8))；所述波导层的材质可以为二氧化硅。所述叉指换能器电极孔径长200μm至2000μm，电极宽200nm至12μm，厚度为50nm至300nm(或基于该尺寸的比例关系放大或缩小)；所述叉指换能器的材质可以为al、cu、pt等金属材料。
35.又一方面，本技术提供了上述的驱动磁斯格明子的装置在晶体管、逻辑门、自旋纳米振荡器和存储器中的应用。
36.又一方面，本技术提供了一种弹性波驱动磁斯格明子移动的方法，使用上述驱动磁斯格明子的装置，包括以下步骤：在所述弹性波传播的路径上设置所述的复合薄膜；
37.在所述复合薄膜中产生所述磁斯格明子；所述磁斯格明子在所述弹性波的驱动下，在所述复合薄膜内沿着所述弹性波的传播方向移动。
38.在本技术提供的一种实施方式中，所述弹性波选自横波和纵波中的任意一种或两种。
39.在本技术提供的一种实施方式中，所述弹性波为声表面波；
40.在本技术提供的一种实施方式中，所述声表面波为rayleigh波、love波或水平剪切波中的任意一种或更多种；
41.在本技术提供的一种实施方式中，所述声表面波的波长为2μm至50μm。
42.在本技术提供的一种实施方式中，所述磁斯格明子为n
é
el型磁斯格明子或bloch型磁斯格明子；
43.在本技术提供的一种实施方式中，所述磁斯格明子的尺寸为10nm至3μm；
44.在本技术提供的一种实施方式中，所述磁斯格明子为反对称自旋交换作用(dzyaloshinskii-moriya interaction(dmi))效应产生的磁斯格明子。
45.本技术提供了一种驱动磁斯格明子的新方法，与现有的采用电流方式驱动磁斯格明子技术相比，本技术采用声表面波驱动磁斯格明子的移动速度与电流方式驱动磁斯格明子的移动速度来同一数量级，并具有以下优点：器件工作时无需一直施加直流电流，降低了功耗，避免了器件发热。通过改变声表面波的振幅和波长，可以调节磁斯格明子的移动速度和位移轨迹，实现磁斯格明子精确调控。
46.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来发明实现和获得。
附图说明
47.附图用来提供对本技术技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
48.图1为本技术声实施例1表面波驱动磁斯格明子的器件结构示意图。
49.图2为本技术声实施例1表面波驱动磁斯格明子的运动轨迹仿真结果图。
50.图3为本技术实施例2具有波导层的声表面波驱动磁斯格明子器件结构示意图。
51.图4为本技术实施例1应变梯度随声表面波的波长的变化关系图。
52.附图标记：压电基底1，叉指换能器2，重金属层3，磁性薄膜层4，重金属层5，波导层6。
materials,2016,15(5):501-506.中505页左栏第二段提及了电流驱动磁斯格明子的方法，该方法驱动的磁斯格明子的速度为30m/s；在磁薄膜上流通的电流密度为4.8
×
10
11
a/m2。
66.而本技术实施例1驱动磁斯格明子不会在磁薄膜上流通电流，避免了在磁薄膜上产生由电流引起的焦耳热。
67.可见，本技术提供的技术方案驱动磁斯格明子速度快，极大地改善驱动磁斯格明子时功耗大、易发热等问题。
68.对比例2
69.现有技术2：electrical generation and deletion of magnetic skyrmion-bubbles via vertical current injection.advanced materials,2021,33(45):2104406.中第0006段提及了电压驱动磁斯格明子的方法，该方法驱动的磁斯格明子的速度约为16μm/s；施加的电压为1v。
70.而本技术实施例驱动磁斯格明子不会在磁薄膜上流通电流，避免了在磁薄膜上产生由电流产生的焦耳热。
71.可见，本技术提供的技术方案驱动磁斯格明子速度快，极大地改善驱动磁斯格明子时功耗大、易发热等问题。