CN106796960B - 一种电磁转换器件以及包含这种电磁转换器件的信息存储器 - Google Patents
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Abstract
一种电磁转换器件，包括：中间层和位于该中间层两侧的电极层，其中，中间层为磁电耦合介质层。该电磁转换器件可以作为第四种基本电路元件，具有电荷与磁通相互转换的功能，为电子电路与信息功能器件的设计增加了新的自由度。另外，该电磁转换器件可以作为存储单元构成一种非易失性磁电信息存储器。
Description
交叉引用
本申请要求2015年2月13日提交的申请号为2015100785406的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用包含在本发明中。
技术领域
本发明属于信息技术领域，尤其涉及一种电磁转换器件以及包含这种电磁转换器件的信息存储器。
背景技术
在传统的电路理论里，电阻器、电容器、电感器是最基本的三类元器件，电阻器是转换电流与电压的器件，电容器是转换电压和电荷的器件，而电感器是转换电流与磁通的器件。1971年，美国加州大学的Leon Chua基于对称性的考虑，首先从理论上提出应该存在第四种基本电路元器件，它由电荷与磁通的转换关系来定义(文章名称：Memristor–themissing circuit element；期刊：IEEE Transactions on Circuit Theory；卷号18；页码：507～519；年份：1971)，如公式(1)所示。由于当时找不到转换电荷与磁通的物理实例，LeonChua通过公式(1)的两边对时间t求导得到了公式(2)，进而得到了公式(3)。然而，由公式(3)定义的电路元件M等同于一个电阻R，因而没有什么意义。为了使M不同于常规的电阻，Leon Chua假定M可以不是一个常数，而是一个依赖于电荷q和时间t的变量，由此得到了公式(4)。Leon Chua认为，由公式(4)可以定义一个非线性电阻，称为忆阻器(memristor)，并把它当作缺失的第四种基本电路元件。
v＝Mi (3)
v(t)＝M(q(t))i(t) (4)
在这一理论提出了近40年之后，美国惠普公司的研究人员发现一个简单的Pt/TiO2/Pt三明治结构表现出与理论预言的忆耦器相似的i-v关系曲线，从而宣布在实验上发现了忆阻器(参见D.B.Strukov,G.S.Snider,D.R.Stewart,R.S.Williams在Nature上发表的The missing memristor found，卷号：453；页码：80～83；年份：2008)。
虽然忆阻器由于具有非线性记忆功能而拥有重要的应用前景，但是它并不能作为真正的第四种基本电路元件。首先，忆阻器不满足第四种基本元件的原始定义(公式1)，即直接由电荷与磁通之间的转换关系来定义；其次，忆阻器实质上是电阻器件，其运行与操作可以与磁通完全无关，也不具备磁通记忆功能；第三，忆阻器作为非线性器件与其他三个线性基本元件在地位上不等价，造成基本电路理论上的矛盾。最后，由于忆阻器实质上是电阻器件，操纵功耗较高，与理想的电荷与磁通转换器件的较低功耗相比差距非常大，因而它的应用很受限制。所以，严格满足原始定义直接实现电荷-磁通相互转换的第四种基本电路元件依然缺失。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种电磁转换器件，包括：中间层和位于所述中间层两侧的电极层，其中，所述中间层为磁电耦合介质层。
根据本发明的电磁转换器件，优选地，所述磁电耦合介质层由具有线性磁电耦合效应的材料构成，由此形成线性电耦器。
根据本发明的电磁转换器件，优选地，具有线性磁电耦合效应的所述磁电耦合介质层由BaSrCoZnFe11AlO22单晶、Cr2O3单相材料、BiFeO3单相材料、NiSO4·6H2O单相材料、CoFeB/PMN-PT复合材料或FeGaB/PZN-PT复合材料构成。
根据本发明的电磁转换器件，优选地，所述磁电耦合介质层由具有蝴蝶形非线性回滞曲线的磁电耦合介质材料构成，由此形成非线性忆耦器。
根据本发明的电磁转换器件，优选地，所述具有蝴蝶形非线性回滞曲线的磁电耦合介质材料为单相磁电耦合材料或者铁磁/铁电复合材料。
根据本发明的电磁转换器件，优选地，具有蝴蝶形非线性回滞曲线的所述单相磁电耦合材料为CaBaCo4O7、Ba0.5Sr1.5Co2Fe11AlO22、Ba0.5Sr1.5Zn2(Fe0.92Al0.08)12O22、BaFe10.4Sc1.6O19、GaFeO3或Tb2(MoO4)3。
根据本发明的电磁转换器件，优选地，具有蝴蝶形非线性回滞曲线的所述铁磁/铁电复合材料的铁磁层为Tb(1-x)DyxFe2-y(0≤x≤1,y≤0.06)、SmFe2、Tb(CoFe)2、Tb(NiFe)2、TbFe3、Pr2Co17、Ni1-xCox(0≤x≤1)、Ni1-xFex(0≤x≤1)、Fe1-xCox(0≤x≤1)、FeAl、FeCoV、FeGaB、CoFeB、Fe80B15Si5、Fe66Co12B14Si8、Fe3O4、CoFe2O4或NiFe2O4，铁电层为(1-x)Pb(Mg1/ 3Nb2/3)O3–xPbTiO3(0≤x≤1)、(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3–xPbTiO3(0≤x≤1)、Pb(Zr1-xTix)O3(0≤x≤1)、(Ba1-xSrx)TiO3(0≤x≤1)、BiFeO3、LiNbO3、SrBi2Ta2O9、BaxSr1-xNb10O30(0≤x≤1)、Ba2NaNb5O15、磷酸二氢钾(KDP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚三氟乙烯(PTrFE)、聚偏氟乙烯、聚三氟乙烯的二元共聚物、聚氨脂或奇数尼龙。
根据本发明的电磁转换器件，优选地，所述中间层为片状。
根据本发明的电磁转换器件，优选地，所述电极层为金属材料层。
根据本发明的电磁转换器件，优选地，所述金属材料为银或铜或金。
根据本发明的电磁转换器件，优选地，所述电极层为导电性能良好的非金属材料层。
本发明的电磁转换器件实现了电荷与磁通的直接转换，可以作为第四种基本电路元件，从而为电子电路与信息功能器件的设计增加了新的自由度。另外,本发明的电磁转换器件根据其中间的磁电耦合介质层的材料选择不同可以分为电耦器和忆耦器,当磁电耦合介质层由具有线性磁电耦合效应的材料构成时为电耦器,而当磁电耦合介质层由具有蝴蝶形非线性回滞曲线的磁电耦合介质材料构成时为忆耦器。忆耦器在应用上的一个显著优势是可以非常低的功耗实现新一代非易失性存储器。由于电耦器和忆耦器是由绝缘的磁电耦合介质构成，作为器件使用时内部电流极小，因而焦耳损耗也极低。与电流驱动的电阻型器件相比，具有低功耗的巨大优势。
本发明还提供了一种四端器件，包括一个电感器和一个根据本发明的电耦器，其中，电耦器与所述电感器在磁路上完全联通。
本发明还提供了另外一种四端器件，包括两个根据本发明的电耦器，其中，两个电耦器在磁路上完全联通。
另外，本发明还提供了一种信息存储器，其中包括由一个或多个根据本发明的忆耦器构成的存储单元阵列，还包括包围所述存储单元阵列的读取线圈，读取线圈优选地为金属螺线管。
该信息存储器具有如下优点：(1)高速读写，超低功耗和无限次写入；(2)在关闭电源或突然断电时，写入的数据不会消失，即具有非易失性；(3)结构简单，有利于实现大规模集成和高密度存储。因此在信息技术领域具有重要的应用。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1为包含根据本发明的第四种基本电路元件的完整电路元件关系图；
图2a为本发明的纵型电耦器件的工作原理示意图；
图2b为本发明的横型电耦器件的工作原理示意图；
图3为本发明的线性电耦器和非线性忆耦器的电路特征响应曲线；
图4为根据本发明的非线性忆耦器作为信息存储器的原理图；
图5为本发明的电磁转换器件的结构示意图；
图6为本发明的线性电耦器的性能测量结果；
图7为本发明的第二实施例的非线性忆耦器的性能测量结果；
图8为本发明的第三实施例的非线性忆耦器的性能测量结果；
图9a和9b为本发明的四端耦合器件的设计示意图；
图10中的(a)为根据本发明的作为磁电耦合信息存储器的非线性忆耦器的结构示意图；
图10中的(b)为图10中的(a)所示的磁电耦合信息存储器的面内磁化强度随外加电场的变化曲线；
图10中的(c)为图10中的(a)所示的磁电耦合信息存储器的磁电耦合系数随外加电场的变化。
图11为根据本发明的包含忆耦器阵列和读取线圈的磁电耦合信息存储器的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出一类利用磁电耦合效应实现电荷与磁通直接转换的器件，可作为满足严格定义的第四种基本电路元件。该类器件既可以具有线性响应行为，也可以具有非线性响应记忆行为，分别称之为线性电耦器与非线性忆耦器(以下简称为电耦器和忆耦器)。由此，可以得到基本电路元件的完整对称谱图(包括电阻器、电容器、电感器、电耦器四个线性元件和忆阻器、忆容器、忆感器、忆耦器四个非线性元件)，如图1所示，图1为包含根据本发明的第四种基本电路元件的完整电路元件关系图。
如图2a和图2b所示，本发明的电耦器件由磁电耦合介质层2与位于其两侧的平行电极层1和3组成，图2a和图2b分别示出根据本发明的纵型电耦器件和横型电耦器件的工作原理。根据磁电耦合效应的不同(横向耦合或纵向耦合)，本发明的电耦器件有纵型(电场与磁通的方向相互平行，如图2a所示)与横型(电场与磁通的方向相互垂直，如图2b所示)两种构型。根据Landau理论(作者：L.D.Landau,E.M.Lifshitz；著作：Electrodynamics ofcontinuous media；出版社：Pergamon Press；年份：1980)，磁电耦合介质中的自由能如公式(5)所示：
其中ε0与χe分别是真空介电常数与磁电介质的电极化系数；μ0与χv分别是真空磁导率与磁电介质磁化率；α是磁电介质的磁电耦合系数。在公式(5)的基础上求自由能最小值，通过分别对电场与磁场求导，得到公式(6)与公式(7)：
对于如图2a所示的纵型电耦器件，两侧的电极层1和3上束缚的电荷与磁通分别如公式(8)与(9)所示：
q＝DS＝(ε0E+P)S＝ε0εrES+αHS (8)
其中D＝ε0E+P是磁电介质内的电位移，εr＝χe+1是磁电介质的相对介电率，S是电极层的表面积；B＝μ0(H+M)是磁电介质内的磁感应强度，μr＝χv+1是磁电介质的相对磁导率。
当外加电场恒定时，沿着如图2a中箭头所示的方向施加磁场H时，由于磁电耦合效应，该器件两端束缚的电荷发生改变dq，由公式(8)和(9)可以得到此时磁通和电荷的关系式，如公式(10)所示：
当外加磁场恒定时，在电极两端施加电场E后，由于磁电耦合效应，磁通发生变化
由公式(8)和(9)可以得到此时磁通和电荷的关系式，
对于如图2b所示的横型电耦器件，假设磁电耦合介质的竖直方向截面积为S'，则电荷与磁通分别如公式(12)与(13)所示：
q＝DS＝(ε0E+P)S＝ε0εrES+αHS (12)
式中各参数含义同前，只是公式(13)中与磁通相关的面积由S'替代了S。同样的，在施加磁场H或电场E后，该器件两端电荷发生改变dq，由于磁电耦合效应，诱导的磁通变化将分别如公式(14)与公式(15)所示：
从以上推导可以看出，该电耦器件可以直接实现电荷与磁通的相互转换，从而在根本上满足第四种基本电路元件的原始定义。我们把联系电荷-磁通关系的系数α/ε0εr或者α/μ0μr定义为一个新的物理量，称为电耦。由于磁电耦合系数α既可以为正，也可以为负，则电耦的值亦可以为正也可以为负，这是与其他三种基本电路元件(电阻器、电容器、电感器)完全不同的电路特征，如图3所示，图3的A、B、C、D分别示出电阻器的i-v关系、电容器的v-q关系、电感器的
关系以及本发明的电耦器的
关系。因此，电耦器不可能通过电阻器、电容器、电感器三个基本元件的相互组合获得。
电阻器、电容器、电感器都存在着对应的非线性记忆器件，分别被称为忆阻器、忆容器、忆感器。类似地，电耦器也具有对应的非线性记忆器件，称之为忆耦器。其非线性响应行为与其它三者显著不同，表现出独特的蝴蝶形状的非线性回滞曲线，如图3所示，图3的E、F、G、H分别示出忆阻器的i-v关系、忆容器的v-q关系、忆感器的
关系以及本发明的忆耦器的
关系。
忆耦器的非线性响应行为(
关系)表现出具有蝴蝶形状的非线性回滞行为，从前述公式(8)和(9)可以看出，磁矩M随外加电场E(或电压V)的变化与之相对应，也表现出蝴蝶形状的非线性回滞曲线，如图4所示。在这种情况下，磁电耦合系数α＝dM/dE，即M-E曲线的斜率，可以为正也可以为负，并且随着电压的变化在正负之间转换。因此，我们可以把正α定义为数据0，负α定义为数据1。在低电压时，α为正(数据0)，当外加电压足够大时，磁电耦合系数从正转变为负(数据1)，此后，即使外加电压撤除，α依然保持为负(数据1)，即具有非易失性。要重新写入数据0，只需施加一个反向的高电压，使得α从负转变到正(数据0)，即使撤除电压后，α依然保持为正(数据0)。因此，本发明的忆耦器可以用作信息存储器并且实现非易失性存储。
这样，基于非线性磁电耦合效应，利用磁电耦合系数α的状态(正和负)来作为二进制数据(0和1)，就可以实现数据的非易失性存储。数据的读取即转化为对磁电耦合系数α的测量，可以分别采用以下两种方式来完成：(1)静态磁电耦合测量法。根据磁电耦合系数的定义，α＝dM/dE≈dP/dH。当在磁电耦合介质上施加一个较小的直流磁场H产生一个电极化的变化ΔP，进而产生一个较小的直流电压V，通过测量磁电耦合诱导的直流电压V，就可以计算出α的数值和符号。(2)动态磁电耦合测量法。当在磁电耦合介质上施加一个较小的交流磁场H时，会产生一个同频率的交流电压，利用锁相放大器测量这个交流电压的数值和相位，就可以计算出磁电耦合系数的数值和符号。由于施加的磁场较小，产生的电压较低，因此数据的读取不会破坏存储的状态。
以下通过具体实施例说明本发明的电耦器与忆耦器以及包含电耦器的四端器件和包含忆耦器的磁电信息存储器。
第一实施例
图5示出了根据本发明的线性电耦器的组成结构，包括：中间的BaSrCoZnFe11AlO22单晶层及位于其两侧的Ag电极层。其中，BaSrCoZnFe11AlO22单晶为长度、宽度和厚度分别为2mm、2mm和0.3mm的片状层，其大面为(001)面。通过实验表征本实施例的线性电耦器的电极化强度随外加磁场的变化关系，实验表征在量子设计公司(Quantum Design Inc.)制造的物性测量仪器(PPMS)中完成，测量温度在100K，测量过程中扫描磁场范围为-100Oe-200Oe，两端电极上电荷的变化量由Keithley 6517B电流计测量。由如图6所示的ΔP-H关系(本领域技术人员很容易理解，ΔP-H关系反映电荷与磁通的关系)曲线测量结果可以看出，该器件在磁场驱动下，电极化强度随外加磁场线性变化，且转换斜率为负，表明电荷与磁通具有线性的转换关系，是典型的线性电耦器的行为。
第二实施例
根据本发明的第二实施例的非线性忆耦器的组成结构与第一实施例的线性电耦器的组成结构基本相同，不同之处在于中间层为CaBaCo4O7单晶层。其中，CaBaCo4O7单晶为长度、宽度和厚度分别为2mm、1mm和0.4mm的片状层，其大面为(001)面。通过实验表征本实施例的非线性忆耦器的电极化强度随外加磁场的变化关系，实验表征在量子设计公司(Quantum Design Inc.)制造的物性测量仪器(PPMS)中完成，测量温度在5K，测量过程中扫描磁场范围为正负120kOe，两端电极上电荷的变化量由Keithley 6517B电流计测量。由如图7所示的ΔP-H关系曲线测量结果(图中示出的两条曲线分别是不同磁场扫描方向的结果)可以看出，该器件在沿垂直电极平面方向的磁场驱动下，电极化强度随正向和负向扫描磁场变化不同，表现出具有蝴蝶形状的非线性回滞行为，斜率可以在正负之间改变，表明电荷与磁通具有蝴蝶形状的非线性的转换关系，并具有记忆功能，是典型的忆耦器的行为。
第三实施例
根据本发明的第三实施例的非线性忆耦器的组成结构与第一实施例的线性电耦器的组成结构基本相同，不同之处在于中间层为Ba0.5Sr1.5Co2Fe11AlO22单晶层。其中，Ba0.5Sr1.5Co2Fe11AlO22单晶为长度、宽度和厚度分别为2.36mm、2.36mm和0.39mm的片状层，其大面为(001)面。通过实验表征本实施例的非线性忆耦器的电极化强度随外加磁场的变化关系，实验表征在量子设计公司(Quantum Design Inc.)制造的物性测量仪器(PPMS)中完成，测量温度在300K，测量过程中扫描磁场范围为正负2000Oe，两端电极上电荷的变化量由Keithley 6517B电流计测量。由如图8所示的ΔP-H关系曲线测量结果(图中示出的两条曲线分别是不同磁场扫描方向的结果)可以看出，该器件在沿垂直电极平面方向的磁场驱动下，电极化强度随正向和负向扫描磁场变化不同，表现出具有蝴蝶形状的非线性回滞行为，斜率可以在正负之间改变，表明电荷与磁通具有蝴蝶形状的非线性的转换关系，并具有记忆功能，是典型的忆耦器的行为。可以看出，该实施例的非线性忆耦器表现出的蝴蝶形状的非线性回滞行为更加规则，并且测量过程中所需要施加的磁场更小，可以工作在室温下。
第四实施例
在该实施例中，将第一实施例得到的电耦器与其他元件组合形成新型器件。如图9a所示，把一个电耦器与一个电感器通过一个磁芯在磁路上完全联通起来(本领域技术人员公知的是，磁芯有约束磁通的功能，磁路就是磁通沿着磁芯的形状构成回路)，形成一个新的四端器件，它具有反倒逆的电压-电流关系:v1＝-gi2，v2＝gi1，类似于一个回转器(gyrator)的行为，其中g是回转系数(单位是欧姆)。而如图9b所示，把两个电耦器通过一个磁芯在磁路上完全联通起来，形成一个新的四端器件，它具有关系方程i2＝(T1/T2)i1和i1＝(T2/T1)i2,其中T1和T2分别是电耦1与电耦2的数值。但是对于两边的电压关系来说，还需要考虑两个电耦器本身的电容值。而它们很可能是不同的。因此，这个新器件中电流转换关系跟电压转换关系的系数不同，这与变压器和回转器的特性都是完全不一样的，是一个全新的四端电路器件。
第五实施例
图10中的(a)为根据本发明的作为信息存储器的忆耦器的视图。其采用基于铁磁/铁电异质结构的非线性磁电耦合效应的忆耦器，利用铁磁材料的磁致伸缩效应和铁电材料的压电效应。铁磁层采用具有较大磁致伸缩系数的Terfenol-D(Tb0.3Dy0.7Fe2)多晶片，厚度为1毫米；铁电层为0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–0.3PbTiO3(PMN-PT)单晶片，厚度为0.5毫米，器件面积为5毫米×5毫米。铁磁层与铁电层通过银胶粘接在一起，在上下表面分别覆盖一层Ag电极。
首先，利用量子设计公司(Quantum Design Inc.)制造的磁性测量系统(MPMS)测量了室温下样品的磁化强度随外加电压(电场)的变化关系。由如图10中的(b)所示的测量结果可以看出，该器件的面内磁化强度随外加电压(电场)表现出蝴蝶形状的非线性回滞曲线，在矫顽场附近(E＝±2kV/cm)，铁电极化发生反转，同时磁电耦合系数α＝dM/dE发生由正到负或者由负到正的变化。将α>0作为二进制数据0，α<0作为二进制数据1，因此，该器件可以用来作为本发明提出的磁电耦合非易失性存储器。
为了测试该器件的非易失性存储性能，将该器件放置在一个读取线圈(螺线管)中。由一个直流/交流电源表(Keithley 6221)输出一个频率为100kHz幅值为2mA的交流电流，在螺线管中产生1.2Oe的交流磁场。由于存在磁电耦合效应，该交流磁场会在器件的上下两电极之间诱导出一个同频率的交流电压。利用锁相放大器(Stanford ResearchSystem,Model SR830)探测该交流电压的幅值和相位，就可以计算出磁电耦合系数α的大小和符号。通过一个电压表(Keithley 6517B)在两端Ag电极上施加一个正或负脉冲电压来改变铁电极化的方向，然后测量磁电耦合系数α随外加电场的变化。测试结果如图10中的(c)所示，图10中的(c)示出磁电耦合系数α和外加电场E随时间的对应关系，当施加完一个正电压(电场)，该器件的磁电耦合系数α为正值，并且随时间一直保持正值；此后，当施加一个负电压(电场)后，磁电耦合系数α由正转变为负，并且随时间一直保持负值。该转换可以重复很多次而没有明显衰减。因此，这些测试结果成功地演示了本发明提出的非易失性存储器。
第六实施例
本实施例提供了包含忆耦器阵列和包围忆耦器阵列的读取线圈的信息存储器，如图11所示。忆耦器用作存储单元，读取线圈由一个金属螺线管构成，用于产生一个直流或交流小磁场，所有存储单元可以共用一个读取线圈。每个忆耦器的两端金属电极既用于施加电压脉冲来写入数据，也用于测量磁电耦合效应产生的小电压来读取数据，将读写电路合并在一起，从而大大简化了存储器的结构。忆耦器阵列的制备采用本领域公知的方法，例如先制备出大面积薄膜，然后再通过微加工技术切割成很多微小单元，形成阵列。
根据本发明的其他实施例，电磁转换器件的中间层可以采用本领域公知的其他的磁电耦合介质，其中，所述线性电耦器的中间层可以采用本领域公知的具有线性磁电耦合效应的材料，例如Cr2O3，BiFeO3，NiSO4·6H2O等单相材料以及CoFeB/PMN-PT，FeGaB/PZN-PT等复合材料；所述非线性忆耦器的中间层可以采用本领域公知的具有蝴蝶形非线性回滞曲线的磁电耦合材料，包括单相磁电耦合材料和铁磁/铁电复合异质结构，单相磁电耦合材料例如Ba0.3Sr1.7Co2Fe11AlO22、Ba0.5Sr1.5Zn2(Fe0.92Al0.08)12O22，BaFe10.4Sc1.6O19，CaBaCo4O7，GaFeO3或Tb2(MoO4)3等，铁磁/铁电复合异质结构的铁磁层例如Tb(1-x)DyxFe2-y(0≤x≤1,y≤0.06)，SmFe2，Tb(CoFe)2，Tb(NiFe)2，TbFe3，Pr2Co17，Ni1-xCox(0≤x≤1)，Ni1-xFex(0≤x≤1)，Fe1-xCox(0≤x≤1)，FeAl，FeCoV，FeGaB，CoFeB，Fe80B15Si5，Fe66Co12B14Si8，Fe3O4，CoFe2O4或NiFe2O4，铁电层例如(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–xPbTiO3(0≤x≤1)，(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3–xPbTiO3(0≤x≤1)，Pb(Zr1-xTix)O3(0≤x≤1)，(Ba1-xSrx)TiO3(0≤x≤1)，BiFeO3，LiNbO3，SrBi2Ta2O9，BaxSr1-xNb10O30(0≤x≤1)，Ba2NaNb5O15，磷酸二氢钾(KDP)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚三氟乙烯(PTrFE)，聚偏氟乙烯，聚三氟乙烯的二元共聚物，聚氨脂或奇数尼龙；另外，本领域技术人员很容易理解，某些磁电耦合介质的磁电耦合效应会随着外加电场的增加从线性变换为非线性。
根据本发明的其他实施例，电磁转换器件的中间层为立方体形状；
根据本发明的其他实施例，电磁转换器件的电极层可以采用本领域公知的任意其他的电极材料，包括金属材料和导电性良好的非金属材料，例如铜、金、导电氧化物、石墨等；
根据本发明的其他实施例,电磁转换器件两侧的电极层不完全覆盖中间层；
根据本发明的其他实施例，对于用作信息存储器的非线性忆耦器，其中间层优选地为铁磁/铁电复合异质结构，并且铁磁层和铁电层的厚度都在10nm到1mm的范围内；
虽然实施例中给出了本发明的电耦器和忆耦器的磁电耦合介质层的多个具体尺寸，但是本领域技术人员很容易理解，可以根据实际应用中对磁通的具体要求，相应地设置磁电耦合介质层的厚度，例如，将忆耦器作为信息存储器，其中的磁电耦合介质层的厚度应小于1毫米。将电耦器应用在四端器件，通常要求磁电耦合介质具有较大的磁通，其厚度可在1毫米至10厘米。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所做出的各种改变以及变化。
Claims (10)
1.一种电磁转换器件，包括：中间层和位于所述中间层两侧的电极层，其中，所述中间层为磁电耦合介质层，其中，所述磁电耦合介质层由具有蝴蝶形
非线性回滞曲线的磁电耦合介质材料构成，其中q表示电荷，
表示磁通。
2.根据权利要求1所述的电磁转换器件，其中，所述具有蝴蝶形
非线性回滞曲线的磁电耦合介质材料为单相磁电耦合材料或者铁磁/铁电复合材料。
3.根据权利要求2所述的电磁转换器件，其中，所述单相磁电耦合材料为CaBaCo4O7、Ba0.5Sr1.5Co2Fe11AlO22、Ba0.5Sr1.5Zn2(Fe0.92Al0.08)12O22、BaFe10.4Sc1.6O19、GaFeO3或Tb2(MoO4)3。
4.根据权利要求2所述的电磁转换器件，其中所述铁磁/铁电复合材料的铁磁层为Tb(1-x)DyxFe2-y(0≤x≤1,y≤0.06)、SmFe2、Tb(CoFe)2、Tb(NiFe)2、TbFe3、Pr2Co17、Ni1-xCox(0≤x≤1)、Ni1-xFex(0≤x≤1)、Fe1-xCox(0≤x≤1)、FeAl、FeCoV、FeGaB、CoFeB、Fe80B15Si5、Fe66Co12B14Si8、Fe3O4、CoFe2O4或NiFe2O4，铁电层为(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–xPbTiO3(0≤x≤1)、(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3–xPbTiO3(0≤x≤1)、Pb(Zr1-xTix)O3(0≤x≤1)、(Ba1-xSrx)TiO3(0≤x≤1)、BiFeO3、LiNbO3、SrBi2Ta2O9、BaxSr1-xNb10O30(0≤x≤1)、Ba2NaNb5O15、磷酸二氢钾(KDP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚三氟乙烯(PTrFE)、聚偏氟乙烯、聚三氟乙烯的二元共聚物、聚氨脂或奇数尼龙。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的电磁转换器件，其中，所述中间层为片状。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的电磁转换器件，其中，所述电极层为金属材料层。
7.根据权利要求6所述的电磁转换器件，其中，所述金属材料为银或铜或金。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的电磁转换器件，其中，所述电极层为导电性能良好的非金属材料层。
9.一种信息存储器，其中包括由一个或多个根据权利要求1-4中任一项所述的电磁转换器件构成的存储单元阵列，还包括包围所述存储单元阵列的读取线圈。
10.根据权利要求9所述的信息存储器，其中，所述读取线圈为金属螺线管。
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