CN108062960B - 内联磁畴壁注入 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生成沿输出磁性总线传播的磁畴壁流的方法(100)。该方法包括提供(101)一种包括磁传播层的设备(10)。该层包括多条磁性总线，包括用于引导传播磁畴壁的输出磁性总线。该层还包括多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的中央区域(15)。多条磁性总线包括至少第一(11)和第二(12)磁性总线，第一和第二磁性总线具有彼此相反的磁化取向使得将相反的磁化状态分隔的磁畴壁(16)被围住在凸区域(15)中。该方法还包括通过将自旋轨道和/或转移扭矩施加(106)到经围住的磁畴壁(16)以交替(107)两个稳定配置之间的经围住的磁畴壁(16)来生成(105)沿输出磁性总线(13)传播的磁畴壁流，其中每个稳定配置对应于其中输出磁性总线被接合到中央区域(15)的至少一个区域中的输出磁性总线(13)的不同磁化状态。

Description

内联磁畴壁注入

技术领域

本发明涉及自旋电磁学的领域。更具体而言，本发明涉及一种用于生成沿磁性总线传播的磁畴壁流以例如用于在磁畴壁存储器中记录数据的方法。

背景技术

磁畴通常被用于硬盘驱动器和磁随机存取存储器(MRAM)中以储存信息。当这些磁畴被包含在磁条带中时，可例如通过施加自旋转移扭矩(STT)或自旋轨道扭矩(SOT)来将它们沿该条带移位。因此，在磁畴中编码的信息可沿加长的磁性载体来被传播。该感生的磁畴壁(DW)运动可具有各种应用，尤其是对于逻辑和存储器设备而言。

磁畴壁存储器或赛道存储器是本领域已知的可潜在地提供高存储密度(例如，与常规磁盘驱动器相当)以及读和写操作中的高数据吞吐量(例如，提供与常规DRAM相当，或甚至更快的读和写速度)的非易失性存储器设备。在磁畴壁存储器(即，赛道存储器)中，自旋相干电流可被用来沿磁性总线(例如，沿坡莫合金线)移动磁畴序列穿过基板。读/写元件可被提供在基板附近的预先确定的位置处，以按数据流的形式对磁畴序列进行编码或解码。有利地，高的位密度可通过使用最先进的自旋电子设备对特别小的磁畴进行检测和/或操纵来被实现。

磁畴壁存储器可例如包括多条扁平磁性总线，例如，被布置在格栅中且附近布置有读和写头的扁平线。在本领域已知的另一配置中，U形线可被垂直地布置在底层基板上的读/写头上，例如，以在其上提供有读/写头的基板上提供小的占地面积。

例如，在美国专利US 6,834,005中描述了这样的磁畴壁存储器，其公开了一种使用磁性材料中的磁畴壁的固有的、自然属性来储存数据的移位寄存器。该移位寄存器使用自旋电子学，而不改变其构成材料的物理性质。移位寄存器包括磁性材料的精细轨道或条带。信息作为磁畴壁被储存在轨道中。电流可被施加到轨道以沿轨道移动磁矩穿过读或写设备，例如，磁读/写头。在具有磁畴壁的磁性材料中，跨磁畴壁通过的电流可在电流的方向上移动磁畴壁。当电子穿过磁畴时，电子变成“自旋极化了的”。当这些自旋极化了的电子穿过下一个磁畴并跨过磁畴壁时，它们在磁化强度上施加自旋扭矩。该自旋扭矩移动磁畴壁。因此，被储存在磁畴内的数据根据电流方向而被移位。当电流被施加时，磁畴可经过布置在轨道的紧邻近度内的磁读/写头，使得磁畴可被改变以记录数据流或者可被检测到以恢复数据流。

如本领域的实验所演示的，磁畴壁运动可通常通过磁场的施加来被创建。该办法具有的缺点在于，可能要求大电流来生成磁场，并且难以按比例减小。然而，Phung等人在发表于《纳米快报》(Nano Letters)2015年2月刊第835-841页中的“高效率内联磁畴壁注射器(Highly efficient in-line magnetic domain wall injector)”中公开了一种用于在不使用外部磁场的情况下注入磁畴壁的方法。在该方法中，小的面内区域被创建在经垂直磁化了的条带的末端。然后，面内电流被施加。由面内区域感生的自旋极化在附近的垂直磁化强度上生成自旋扭矩。磁畴壁因此在不使用外部磁场的情况下被注入。面内区域可例如通过离子辐照、电压控制的各向异性或离子蚀刻来被创建。然而，可能要求精确地控制这样的过程以避免设备之间的大的变化。此外，附加的约束可通过这些过程步骤被引入到工艺流程中，并且这些过程步骤可能暗示着成本的增加。

发明内容

本发明的各实施例的目的是提供用于生成沿磁性总线传播的磁畴壁流以例如用于在磁畴壁存储器中记录数据的良好且有效的方法。

以上目标由根据本发明的方法来实现。

本发明的各实施例的优点在于，磁畴壁可在操作期间被注入经磁化的材料中，而无需要求外部磁场，例如，无需依赖于奥斯特(Oststed)场。具体而言，尽管输入磁畴可使用奥斯特场来被初始化，但是在输入磁畴已被初始化之后，可能不要求施加用来使磁畴壁成核的场以将数据写入赛道存储器。

本发明的各实施例的优点在于，磁畴壁可被注入经垂直磁化了的材料中，而不要求在该经垂直磁化了的材料中的面内经磁化的区域。

本发明的各实施例的优点在于，磁畴壁可以以实现起来简单且有效的方式被注入经磁化的材料中。

本发明的各实施例的优点在于，任何的位序列(例如，可自由选择的序列)可在赛道存储器上被转换成磁畴流。

本发明的各实施例的优点在于，提供了一种用于在赛道存储器上生成磁畴流的低电流且节能的方法。另外的优点在于，代替针对被写入赛道存储器的数据序列(例如，可自由选择的位序列)中的每个磁畴转换来使新的磁畴壁成核，先前经初始化的磁畴壁可被扩展并被重新使用，从而实现良好的节能和/或允许低电流实现。

在第一方面，本发明提供了一种用于生成沿输出磁性总线传播的磁畴壁流的方法。该方法包括提供一种包括磁传播层的设备。该层包括用于沿磁性总线的纵向方向引导传播的磁畴壁的多条磁性总线。磁传播层还包括多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的区域。该区域可为凸区域。该区域可为多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的交汇点。多条磁性总线包括至少第一磁性总线和第二磁性总线，所述第一磁性总线和第二磁性总线具有彼此相反的磁化分量使得将相反的磁化状态分隔的磁畴壁被围住(pin)在多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的区域中。多条磁性总线还包括充当用于磁畴壁流的输出的输出磁性总线。

该方法还包括通过将自旋轨道扭矩和/或自旋转移扭矩施加到经围住的磁畴壁以便交替两个稳定配置之间的经围住的磁畴壁来生成沿输出磁性总线传播的磁畴壁流，其中每个稳定配置对应于至少一个区域(输出磁性总线被接合到该区域，多条磁性总线汇聚在该区域中并被接合在一起)中的输出磁性总线的不同的磁化状态。

根据本发明的各实施例的方法还可包括将多条磁性总线中的至少第一磁性总线和第二磁性总线初始化在彼此相反的磁化状态中。

在根据本发明的各实施例的方法中，初始化步骤还可包括将至少另一条磁性总线初始化为相反的磁化状态中的任一者。

在根据本发明的各实施例的方法中，施加自旋转移扭矩的步骤可包括在一方面输出磁性总线以及第一磁性总线之间和/或另一方面输出磁性总线以及第二磁性总线之间施加面内电流，以便建立通过多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的区域朝向输出磁性总线的至少一个电流路径。

在根据本发明的各实施例的方法中，施加面内电流的步骤可包括选择或者第一磁性总线或者第二磁性总线用于注入面内电流，其中该选择可由供转换成磁畴壁流的数据位序列中的数据位来确定。

在根据本发明的各实施例的方法中，施加面内电流的步骤可包括在输出磁性总线和第一磁性总线之间施加第一面内电流，并且同时在输出磁性总线和第二磁性总线之间施加第二面内电流，以在两个稳定配置之间创建振荡，由此周期性地生成相反的磁化状态之间的顺着输出磁性总线向下传播的磁畴壁。

在根据本发明的各实施例的方法中，提供设备可包括提供如下所述的设备：在该设备中第一磁性总线和第二磁性总线逐渐变细，例如，在朝向多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的区域的方向上具有减小的宽度。

根据本发明的各实施例的方法还可包括使用输出磁性总线作为赛道数据存储器。

在根据本发明的各实施例的方法中，提供设备可包括提供如下所述的设备：在该设备中多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的区域具有凸形，例如，凸多边形。

在根据本发明的各实施例的方法中，提供设备可包括提供如下所述的设备：在该设备中凸形(例如，凸多边形)的每条边由多条磁性总线中的对应的磁性总线的端部区域形成，并且其中凸形的每个角与多条磁性总线中的两条相邻的磁性总线共享。

在根据本发明的各实施例的方法中，提供设备可包括提供如下所述的设备：在该设备中用于磁畴壁的局部最小能量的多个配置对应于将多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的区域的各个角进行连接的线段。

在根据本发明的各实施例的方法中，多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的区域中的磁畴壁可在两个稳定配置之间交替，其中每个稳定配置对应于局部最小能量的多个配置中的一个。

在根据本发明的各实施例的方法中，提供设备可包括提供如下所述的设备：在该设备中多条磁性总线以星形配置被布置在多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的区域周围，每条磁性总线从多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的区域径向地向外延伸。

在根据本发明的各实施例的方法中，提供设备可包括提供如下所述的设备，在该设备中多条磁性总线被布置成形成从多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的三角形区域向外延伸的三条磁性总线的三角形。

在根据本发明的各实施例的方法中，提供设备可包括提供如下所述的设备，在该设备中多条磁性总线被布置成形成从多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的方形区域向外延伸的四条磁性总线的十字形。

本发明的特别和优选方面在所附独立和从属权利要求中阐述。从属权利要求中的技术特征可以与独立权利要求的技术特征以及其他从属权利要求的技术特征适当地结合，而不仅仅是其在权利要求中明确阐明的那样。

本发明的这些以及其他方面从下文所描述的(诸)实施例中将变得显而易见并且将参考这些实施例来进行阐明。

附图简述

图1例示了根据本发明的各实施例的示例性方法。

图2示出了可在根据本发明的各实施例的方法中提供的设备。

图3示出了根据本发明的各实施例的当电子流被施加到图2所示的设备时，在第一时刻的磁畴和磁畴壁。

图4示出了根据本发明的各实施例的当电子流被施加到图2所示的设备时，在图3所示的第一时刻之后的第二时刻的磁畴和磁畴壁。

图5示出了根据本发明的各实施例的当电子流被施加到图2所示的设备时，在图4所示的第二时刻之后的第三时刻的磁畴和磁畴壁。

图6示出了可在根据本发明的各实施例的方法中提供的另一设备。

图7至图16按时间顺序例示了归因于根据本发明的各实施例的方法所生成的振荡的顺着如图6所示的设备中的输出磁性总线向下传播的磁畴壁的周期性生成。

图17例示了由根据本发明的各实施例的方法在如图6所示的设备中生成的磁畴壁分隔的磁畴的周期性序列。

图18示出了可在根据本发明的各实施例的方法中提供的另一设备。

图19示出了可在根据本发明的各实施例的方法中提供的又一个设备。

图20示出了可在根据本发明的各实施例的方法中提供的另一示例性设备。

这些附图只是示意性而非限制性的。在附图中，出于说明性目的，可将一些要素的尺寸放大且未按比例绘制。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

在不同的附图中，相同的附图标记指相同或相似的要素。

具体实施方式

将针对具体实施例且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。所描述的附图只是示意性的而非限制性的。在附图中，出于说明性目的，可将一些要素的尺寸放大且未按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于本发明实践的实际缩减。

此外，说明书中和权利要求中的术语第一、第二等等用于在类似的要素之间进行区分，并且不一定用于在时间上、空间上、以排名或任何其他方式来描述序列。应该理解，如此使用的这些术语在合适情况下可以互换，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或说明的之外的其他序列来操作。

此外，说明书和权利要求中的术语顶、下方等等用于描述性的目的，并且不一定用于描述相对位置。应该理解，如此使用的这些术语在合适情况下可以互换，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或说明的之外的其他取向来操作。

要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解读为限定于其后列出的装置/手段；它并不排除其他要素或步骤。由此其解读为指定所陈述的特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件，或其群组的存在或添加。因此，措词“一种包括装置A和B的设备”的范围不应当被限定于仅由组件A和B构成的设备。这意味着该设备的唯一与本发明有关的组件是A和B。

贯穿本说明书提及“一个实施例”或“一实施例”意指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。由此，短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部引述同一实施例，而使可以引述同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如本领域普通技术人员会从本公开中显而易见的，特定特征、结构或特性可以用任何合适的方式进行组合。

类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开和辅助对各个发明性方面中的一者或多者的理解的目的，本发明的各个特征有时被一起编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，这种公开方法不应被解读为反映所要求保护的本发明需要比每项权利要求中所明确记载的更多特征的意图。相反，如所附权利要求所反映，各发明性方面存在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征。由此，详细描述之后所附的权利要求由此被明确纳入该详细描述中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。

此外，尽管本文描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些而不是其他特征，但是不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成如本领域技术人员所理解的不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均可以任何组合来使用。

在本文所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而应理解，在没有这些具体细节的情况下也可实践本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出以免混淆对本描述的理解。

在第一方面，本发明涉及一种用于生成沿磁性总线传播的磁畴壁流的方法，以例如用于在磁畴壁存储器中记录数据(例如，用于将数据写入磁畴壁赛道存储器)。该方法包括提供一种包括磁传播层的设备，该磁传播层包括用于沿磁性总线的纵向方向引导传播的磁畴壁的多条磁性总线。磁传播层包括多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的区域，例如，多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的中央区域。这里，“中央”仅指磁性总线在该凸区域中的汇聚，并不意味着该凸区域的任何其他几何特征，也不意味着对其在设备中的位置的其他限制。中央区域可例如为多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的交汇点。多条磁性总线包括具有关于彼此相反的磁化取向(例如，使得第一磁性总线和第二磁性总线中的磁化向量相对于彼此成135°到180°的范围内(例如优选地在160°到180°的范围内，诸如在170°到180°或基本上180°的范围内)的角度)的至少第一磁性总线和第二磁性总线。因此，分隔相反的磁化状态的磁畴壁被围住在中央区域中。多条磁性总线还包括充当用于磁畴壁流的输出的输出磁性总线，例如，第三磁性总线。这里，“被围住”指的是磁畴壁处于局部能量最小值，例如，归因于多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的区域中的磁畴壁的配置相对于在该配置的局部邻域中的其他配置而言在能量上是优选的。

该方法还包括通过将自旋轨道扭矩和/或自旋转移扭矩施加到经围住的磁畴壁来生成沿输出磁性总线传播的磁畴壁流，以便交替(例如，切换)两个稳定配置(其中每个稳定配置对应于输出磁性总线的不同磁化状态)之间的经围住的磁畴壁。

参考图1，例示了根据本发明的各实施例的示例性方法100。该方法100被适配成用于生成沿磁性总线(即，沿在下文进一步提到的输出磁性总线)传播的磁畴壁流。

方法100包括提供101包含磁传播层的设备，例如，磁畴壁注射器设备。例如，图2中示意性地例示了这样的设备10的示例。磁传播层可包括适合于允许磁畴壁的传播的材料，如本领域已知的，诸如举例而言，铁磁和/或反铁磁材料，或由作为成分的铁磁和/或反铁磁材料形成的复合材料。磁传播层可被垂直地或面内磁化。

磁传播层包括用于沿磁性总线的纵向方向引导传播的磁畴壁的多条磁性总线11、12、13。这些磁性总线可为被形成在磁传播层中的诸如条带或线之类(例如，纳米条带或纳米线)的细长的经磁化的结构。

磁传播层还包括多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的中央区域15。这里，术语“中央”仅意味着该区域形成连接磁性总线的接合点，并因此相对于多条磁性总线在拓扑上是中央的。

中央区域可例如具有凸形，诸如正多边形。在根据本发明的各实施例中，这样的凸形(例如，正多边形)的每条边可例如由多条磁性总线中的对应的磁性总线的端部区域形成。这样的凸形(例如，正多边形)的每个角可以与多条磁性总线中的两条相邻的磁性总线共享。多条磁性总线可以以星形配置被布置在中央区域周围，例如，使得每条磁性总线从中央区域径向地向外延伸，以例如形成从方形中央区域向外延伸的四条磁性总线的十字形，诸如图6所示。因此，该设备可由在中央区域彼此交叉的两个磁条带形成。这些实施例的优点在于，以十字图案对磁性总线进行布置可能是有效且易于制造的。多条磁性总线也可被布置成诸如以便形成从三角形中央区域向外延伸的三条磁性总线的三角形，例如图2所示。例如，三角形中央区域可为等腰三角形中央区域，例如，等边三角形中央区域。

尽管在上文中提到中央区域的正多边形和围绕中央区域的磁性总线的径向星形图案，但是本发明的各实施例并不一定限于此。

此外，磁性总线可围绕中央区域被均匀地成角度地间隔开(例如，如图2的三角形配置和图6的十字形配置所例示)，或者可围绕中央区域被非均匀地间隔开(例如，诸如图18所示的T接合点配置或图19所示的锐角接合点)。

多条磁性总线中的至少第一磁性总线11和第二磁性总线12具有关于彼此相反的磁化取向(例如，相反的横向磁化强度或相反的面内磁化强度分量)，使得将第一磁性总线11和第二磁性总线12的相反的磁化状态分隔的磁畴壁16被围住在中央区域15中。多条磁性总线还包括充当用于磁畴壁流的输出的输出磁性总线13。例如，至少一条磁性总线(例如，与输出磁性总线13不同的至少一条输入磁性总线)可具有“向上的”横向磁化状态，并且至少一条磁性总线(例如，与输出磁性总线13不同的至少一条输入磁性总线)可具有“向下的”横向磁化状态。

然而，本发明的各实施例不一定限于相反的垂直磁化状态。例如，多条磁性总线中的至少第一磁性总线11和第二磁性总线12可具有关于彼此相反的面内磁化强度分量，使得将第一磁性总线11和第二磁性总线12的磁化状态分隔的磁畴壁16被围住在中央区域15中。例如，如图19所示，第一磁性总线11可具有+x面内磁化强度分量，而第二磁性总线12可具有-x面内磁化强度分量。例如，面内磁化状态可具有一个分量，例如，具有彼此相反的符号(例如，-x和+x)的x分量。例如，该组件可基本上沿输出磁性总线13的取向来被定向。例如，第一磁性总线和第二磁性总线中的每一条可相对于该取向成小角度(例如，在5°到45°的范围内，优选地在5°到30°的范围内(例如，在10°到20°的范围内)的角度)地来被定向。

例如，中央区域可具有凸形，并且该凸形的每个角可位于多条磁性总线的两条相邻的磁性总线之间。因此，用于传播磁畴壁的局部能量最小值的多个配置可对应于将中央区域的各个角进行连接的线段19，例如，对应于凸形的各边和/或对角线，诸如图6所示。因此，设备可按使得磁畴壁存在于中央区域中的磁性配置来被预先设定或初始化。该磁畴壁在沿凸形的对角线或各边中的一者被基本对准时可为稳定的。例如，在图2所示的示例中，如果输出磁性总线13和第二磁性总线12具有相同的磁性取向，则该稳定配置可对应于边21，其中第一磁性总线11转换到中央区域15中。稳定配置可对应于边22，其中如果输出磁性总线13和第一磁性总线11具有相同的磁性取向，则第二磁性总线12转换到中央区域15中。

本说明书中提及的(例如，沿凸形的中央区域的对角线和/或各边形成的)稳定配置可对应于磁畴壁的围住位置，其中磁畴壁可被围住(例如，“被捕获”)在局部能量最小值中，直到其被驱动力(例如，被施加在磁畴壁上的扭矩)释放为止。

此外，第一磁性总线11和第二磁性总线12(以及，任选地，另外的磁性总线18)可逐渐变细(例如，可在朝向中央区域的方向上具有减小的宽度)，诸如图20所示。这样的逐渐变细的形状的优点在于，上文中所提到的稳定配置可由明显且定义明确的局部能量最小值来表征。例如，如与在不存在逐渐变细的形状的情况下的这样的能量梯度相比，逐渐变细的形状可导致相对于(例如，中央区域中的经围住的磁畴壁的)稳定配置的位移更加陡峭的能量梯度。具体而言，当考虑到朝向/进入在这样的稳定配置中被围住的磁畴壁的逐渐变细的磁性总线的无穷小位移时，该虚拟位移的能量成本可能高于其中磁性总线将具有恒定宽度和/或恒定截面的情况中的能量成本。

因此，经围住的磁畴壁可被更好地约束在中央区域中，例如可被防止由于对应于与在中央区域中的稳定配置中相比在磁性总线中更宽的磁畴壁截面的在能量上欠佳的配置而漂移到输入磁性总线11、12、18中。

方法100可包括初始化102多条磁性总线中的在关于彼此相反的磁化状态中的至少第一磁性总线11和第二磁性总线12，使得将第一磁性总线11和第二磁性总线12的相反的磁化状态分隔的磁畴壁16被围住在中央区域15中。至少另外的磁性总线18也可被初始化为任一磁化状态。例如，至少一条磁性总线(例如，与输出磁性总线13不同的至少一条输入磁性总线)可被初始化为“向上的”横向磁化状态，并且至少一条磁性总线(例如，与输出磁性总线13不同的至少一条输入磁性总线)可被初始化为“向下的”横向磁化状态。为了初始化磁性总线，本领域已知的方法可被使用，例如，磁场可被施加以感生不同的磁化状态。本发明的各实施例的优点在于，一旦被初始化，磁畴流(例如，由瞬态磁畴壁分隔)就可在输出磁性总线上被生成和传送，而不要求外部磁场的施加。因此，这样的磁畴流中的每个磁畴可被生成为具有任意长度。

例如，如图6所示，设备可按使得磁畴壁存在于中央区域中的磁性配置来被预先设定或初始化。该磁畴壁在沿凸形的对角线或各边中的一者被基本对准时可为稳定的。例如，在图6所示的示例性几何结构中，如果另外的磁性总线18具有与或者第一磁性总线11或者第二磁性总线12的磁化状态对应的第一磁化状态，则该稳定配置可对应于方形中央区域的对角线，并且输出磁性总线13具有与第一或第二磁性总线中的另一个磁化状态对应的第二磁化状态。同样地，如果四条示例性磁性总线中的三条共享相同的磁化状态并且第四磁性总线处于相反的磁化状态，则稳定的配置可对应于方形区域的边。

方法100还包括通过将自旋轨道扭矩和/或自旋转移扭矩施加106到经围住的磁畴壁以便切换107两个稳定配置(其中每个稳定配置对应于输出磁性总线的不同横向磁化状态)之间的经围住的磁畴壁来生成105沿输出磁性总线13传播的磁畴壁流。例如，在图2所示的示例中，输出磁性总线13具有对应于第二磁性总线12的磁化强度的初始磁化强度，而第一磁性总线11具有相反的磁化强度。

施加自旋转移扭矩可包括在一方面输出磁性总线13以及另一方面第一磁性总线11和/或第二磁性总线12之间施加电流。

具体而言，生成105磁畴壁流可包括沿至少两个不同的电流路径(例如，第一磁性总线11和输出磁性总线13之间的第一路径以及第二磁性总线12和输出磁性总线13之间的第二路径)施加电流。被注入到输出磁性总线13中的磁畴的磁化状态(例如，“向上的”或“向下的”磁畴或者“-x”或“+x”磁畴)可因此通过电流是沿第一电流路径还是第二电流路径被施加的来被确定。例如，沿第一电流路径施加电流可将“向上的”磁畴注入到输出总线中，而沿第二电流路径施加电流可将“向下的”磁畴注入输出总线。电流路径中的每一个可共享沿输出总线的一公共段(例如，由于输出总线中由两个电流路径共享的源(source)或汇(sink))，使得沿任一电流路径被施加的电流可被适配成用于经由输出磁性总线来传播磁畴序列，例如，远离中央区域且通过输出磁性总线。

然而，即使有效的自旋转移扭矩可通过施加面内电流来被感生，但是用于对磁畴壁生成自旋转移扭矩或自旋轨道扭矩的其他方法在本领域中也是已知的。例如，自旋轨道扭矩可被生成以推动磁畴壁，这可有利地节能。此外，高磁畴壁传播速度可通过将自旋轨道扭矩的施加与经磁化的传播层的复合磁性层结构组合在一起来被实现。

例如，在操作中，电子流e-可被施加，使得电子从第一磁性总线11流到输出磁性总线13，如图3所指示的，例如，电流I可从输出磁性总线13被施加到第一磁性总线11。图2到图5逐步地示出了当这样的电流被施加时磁畴壁16的演变。

所施加的电流可对磁畴壁16施加驱动力，使得磁畴壁最终分裂以形成沿输出磁性总线13传播的另外的磁畴壁17，而磁畴壁16保持在中央区域，如图4所示。因此，被注入的电流可使磁畴壁从其初始的稳定位置移动(例如图2所示)，逐渐扩大磁畴壁(例如图3所示)，直到磁畴壁分裂成两部分(例如图4所示)。一个部分可保持在要被围住在另一稳定位置处的接合点处，而磁畴壁的另一部分可传播到输出磁性总线中。因此，被注入到输出磁性总线13中的另外的磁畴壁17的穿过输出磁性总线13的传播可有利地同样由被施加以将另外的磁畴壁17从中央区域中的磁畴壁16分裂出来的相同的电流来驱动。

中央区域中的磁畴壁16接着可达到另一稳定配置。例如，在第一稳定配置可对应于输出磁性总线13(例如，至少其被接合到中央区域)的与第二磁性总线12的磁化状态对应的磁化状态的情况下，如图2所示，第二稳定配置可对应于输出磁性总线13(例如，至少其被接合到中央区域)的与第一磁性总线11的磁化状态对应的磁化状态，如图5所示。

施加自旋轨道扭矩和/或自旋转移扭矩可包括在一方面输出磁性总线13以及另一方面第一磁性总线11和/或第二磁性总线12之间施加电流。例如，面内电流可被注入到第一和/或第二磁性总线中，以便建立通过中央区域朝向输出磁性总线13的一个或多个电流路径，或者替代地，对于相反的电流感测，建立从输出磁性总线到第一和/或第二磁性总线的一个或多个电流路径。这样的面内电流可对磁化强度生成自旋扭矩，例如，朝向磁畴壁流动的电子可将其向前推动(或者换言之，取决于其中形成磁性总线的磁传播层的材料属性，相反极性电流可被施加以向前推动磁畴壁)。

例如，施加该电流可包括选择第一磁性总线11或第二磁性总线12以注入电流，其中该选择由数据位序列中的要转换成磁畴壁流发送的沿输出磁性总线13传播的数据位来确定，例如由序列中的如经由输出磁性总线传送的磁畴将被顺序地编码的下一个数据位来确定。

例如，该方法可被用来将磁畴选择性地注入到输出磁性总线中，该输出磁性总线例如可以是用于自旋电子逻辑设备的输入或者赛道存储器中的赛道。如果电流被注入到第一磁性总线中，则具有与第一磁性总线相同的磁化强度的磁畴可被注入到输出磁性总线中，同时如果电流被注入到第二磁性总线中，则具有与第二磁性总线相同的磁化强度的磁畴可被注入到输出磁性总线中。因此，任何数据序列可通过将电流同步施加到第一和第二磁性总线而被容易地编码在“向上的”和“向下的”磁畴流中。

然而，相反的扭矩也可被同时施加在磁畴壁上，以便在两个稳定配置之间创建振荡。例如，电流可被施加在一方面输出磁性总线13以及另一方面第一磁性总线11和第二磁性总线12(以及任选地任何或每个另外的磁性总线18)之间，诸如图6所示。例如，在图6所示的示例中，第一磁性总线11和另外的磁性总线18可被预先设定或被初始化在第一磁化状态U(例如，“向上的”磁化状态)中，而第二磁性总线12和输出磁性总线13可被预先设定或被初始化在与第一磁化状态不同的第二磁化状态D(例如，横向“向下的”磁化状态)中。通过施加电流e-，输出磁性总线13的各磁化状态之间的振荡可被实现，由此周期性地生成相反的磁化状态之间的顺着输出磁性总线13向下传播的磁畴壁。这通过图7到图16来例示，图7到图16按时间顺序示出了在这样的振荡的循环期间磁畴壁16以及从磁畴壁16分裂出的(诸)另外的磁畴壁17的演变。因此，由另外的磁畴壁17的序列彼此分隔的交变磁畴U、D的序列可被实现在输出磁性总线中，如图17所示。

面内电流可对磁化强度生成自旋扭矩，例如，朝向磁畴壁流动的电子可将其向前推动。在磁畴壁的小位移之后，净扭矩可由于电流的空间分布而改变符号。因此局部地反转磁畴壁移动的方向。扭矩的这些变化可在电流被施加到两个输入臂时引起振荡。对于振荡的一些相位，“向上的”磁畴可传播到输出磁性总线，而对于振荡的另外的相位，“向下的”磁畴可传播到输出磁性总线。磁畴壁可因此在传播的磁畴的取向改变时被注入。然而，尽管这样的振荡可通过同时经由两个输入臂施加面内电流来被生成，但是在根据本发明的其他实施例中，面内电流可优选地被选择性地施加到任一输入臂，以便控制磁畴注入。

例如，对于中央区域中的两个稳定配置之间的每次振荡，单个磁畴壁可被注入到输出磁性总线13中。被注入的磁畴壁通过输出磁性总线13的传播可有利地同样由在中央区域中生成振荡的相同的被注入的电流来驱动。

尽管在该示例中，三个电流被同时施加到第一、第二和另外的磁性总线(进一步被统称为输入磁性总线)，以便在输出磁性总线中组合成公共电流汇(或者对于反向电流极性而言组合成公共电流源)，本发明的各实施例不限于此。

方法100还可包括使用108沿输出磁性总线13传播的经生成的磁畴壁流将数据写入赛道存储器。因此，方法100可被应用于针对赛道存储器的写入方案。例如，输出磁性总线可以是磁畴赛道。

Claims (15)

1.一种用于生成沿输出磁性总线传播的磁畴壁流的方法(100)，所述方法包括：

提供(101)包括含有多条磁性总线的磁传播层的设备(10)，用于沿所述磁性总线的纵向方向引导传播的磁畴壁，其中所述磁传播层还包括所述多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的区域(15)，其中所述多条磁性总线包括至少第一磁性总线(11)和第二磁性总线(12)，所述第一磁性总线(11)和第二磁性总线(12)具有关于彼此相反的磁化取向使得将相反的磁化状态分隔的磁畴壁(16)被围住在所述区域(15)中，其中所述多条磁性总线还包括充当用于所述磁畴壁流的输出的所述输出磁性总线(13)；以及

通过将自旋轨道扭矩和/或自旋转移扭矩施加(106)到所述被围住的磁畴壁(16)以便交替(107)两个稳定配置之间的所述被围住的磁畴壁(16)来生成(105)沿所述输出磁性总线(13)传播的磁畴壁流，其中每个稳定配置对应于其中所述输出磁性总线被接合到所述多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的所述区域(15)的至少一个区域中的所述输出磁性总线(13)的不同的磁化状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将所述多条磁性总线中的至少所述第一磁性总线(11)和所述第二磁性总线(12)初始化(102)在关于彼此的所述相反的磁化状态中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述初始化(102)还包括将至少另一条磁性总线(18)初始化为所述相反的磁化状态中的任一者。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，施加(106)所述自旋转移扭矩包括一方面在所述输出磁性总线(13)以及所述第一磁性总线(11)之间和/或另一方面在所述输出磁性总线(13)以及所述第二磁性总线(12)之间施加面内电流，以便建立通过所述区域(15)朝向所述输出磁性总线(13)的至少一个电流路径。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，施加所述面内电流包括选择或者所述第一磁性总线(11)或者所述第二磁性总线(12)用于注入所述面内电流，其中所述选择由要转换成所述磁畴壁流的数据位序列中的数据位来确定。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，施加所述面内电流包括在所述输出磁性总线(13)和所述第一磁性总线(11)之间施加第一面内电流，并且同时在所述输出磁性总线(13)和所述第二磁性总线(12)之间施加第二面内电流，以在所述两个稳定配置之间创建振荡，由此周期性地生成相反的磁化状态之间的顺着所述输出磁性总线(13)向下传播的磁畴壁。

7.根据权利要求1－3中任一项所述的方法，其特征在于，提供(101)所述设备包括提供如下所述的设备：其中所述第一磁性总线(11)和所述第二磁性总线(12)在朝向所述多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的所述区域的方向上具有减小的宽度。

8.根据权利要求1－3中任一项所述的方法，其特征在于，还包括使用(108)所述输出磁性总线(13)作为赛道存储器。

9.根据权利要求1－3中任一项所述的方法，其特征在于，提供(101)所述设备(10)包括提供如下所述的设备：其中所述多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的所述区域(15)具有凸多边形。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，提供(101)所述设备(10)包括提供如下所述的设备：其中所述凸多边形的每条边由所述多条磁性总线中的对应的磁性总线的端部区域形成，并且其中所述凸多边形的每个角与所述多条磁性总线中的两条相邻的磁性总线共享。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，提供(101)所述设备(10)包括提供如下所述的设备：其中用于磁畴壁的局部最小能量的多个配置对应于将所述多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的所述区域的各个角进行连接的线段(19)。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的所述区域(15)中的所述磁畴壁(16)在所述两个稳定配置之间被交替(107)，其中每个稳定配置对应于局部最小能量的所述多个配置中的一个。

13.根据权利要求1－3中任一项所述的方法，其特征在于，提供(101)所述设备(10)包括提供如下所述的设备：其中所述多条磁性总线以星形配置被布置在所述多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的所述区域(15)周围，每条磁性总线从所述多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的所述区域径向地向外延伸。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，提供(101)所述设备(10)包括提供如下所述的设备，其中所述多条磁性总线被布置成形成从所述多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的所述区域(15)向外延伸的三条磁性总线的三角形，其中所述区域是三角形。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，提供(101)所述设备(10)包括提供如下所述的设备，其中所述多条磁性总线被布置成形成从所述多条磁性总线在其中汇聚并被接合在一起的所述区域(15)向外延伸的四条磁性总线的十字形，其中所述区域是方形。