29、高效节能存储与计算的纳米磁与自旋电子器件

高效节能存储与计算的纳米磁与自旋电子器件

在当今对能源效率要求日益提高的时代，纳米磁与自旋电子器件在存储和计算领域展现出巨大的潜力。下面将详细介绍几种相关的技术方案及其特点。

1. 传统应力控制方案的局限性

在利用应力控制纳米磁体的磁化方向时，存在一个问题：每次切换尝试中，磁化投影与硬轴重合的时间因随机热噪声而不同。这使得我们无法预先知道何时撤销应力。若要实现这一过程，就需要复杂的反馈电路，该电路要能感知磁化矢量何时到达临界位置，将信息反馈给应力发生器并使其立即撤销应力。然而，这种反馈电路存在诸多弊端：
- 能耗过高 ：涉及传感、定时同步以及与应力发生器的快速通信，可能会消耗大量能量，抵消了基于应变写入非易失性磁存储器位的能源优势。
- 降低存储密度 ：反馈电路的占用面积可能远大于存储单元，从而降低了存储密度。
- 容易出错 ：由于需要精确的定时同步，可能会出现错误。

2. 垂直稳定取向切换方案

为了克服应力只能使磁化旋转 90°，无法独立实现反平行稳定状态（180°旋转）的非易失性存储设备的局限，Tiercelin 等人提出了一种方案。
- 原理 ：对于一个椭圆形磁盘状的磁致伸缩纳米磁体，其长轴为易轴，两个稳定的磁化取向沿易轴且相互反平行。通过施加一个平面内的静态磁场，可以使这两个稳定的磁化状态偏离易轴并相互垂直，同时保持在磁体平面内。这样，二进制位“0”和“1”就可以编码在这两个相互垂直的新稳定状态中。
- 切换过程 ：当沿着其