CN108512545B - 一种基于磁性斯格明子的可重构逻辑门 - Google Patents

Abstract

一种基于磁性斯格明子的可重构逻辑门，属于磁性器件技术领域。通过利用极性为+1或‑1的磁性斯格明子表示逻辑1和逻辑0，本发明改善了数据丢失和误读的问题。通过改变电压控制磁各向异性门电源的连接端口实现与门和或门的转换，本发明极大地优化了制作工艺。在电流的驱动下，本发明利用扭曲磁性斯格明子能沿着反铁磁边界运动，两个扭曲磁性斯格明子能够融合为一个扭曲磁性斯格明子，拓扑荷为+1或‑1的磁性斯格明子能够转换为扭曲磁性斯格明子，扭曲磁性斯格明子也能够转化为拓扑荷为+1或‑1的磁性斯格明子等特性，实现基于磁性斯格明子的逻辑运算。本发明的逻辑门具有体积小、功耗低、稳定性高、运算速度快等特点。

Description

一种基于磁性斯格明子的可重构逻辑门

技术领域

本发明属于磁性器件技术领域，具体涉及一种基于磁性斯格明子的可重构逻辑门，可以实现逻辑与和逻辑或。

背景技术

逻辑门是现代电子信息技术的基石，在数字电路中，通常使用高低电平来表示逻辑“1”和“0”，利用不同的逻辑门可以实现不同的布尔函数，与门和或门是最基本的逻辑门，与门和或门对应的真值表如下：

输入A	输入B	输出F
			0	0	0
0	1	0
			1	0	0
1	1	1

表1：逻辑与门的真值表

输入A	输入B	输出F
			0	0	0
0	1	1
			1	0	1
1	1	1

表2：逻辑或门的真值表

传统CMOS结构制作的逻辑门体积大、功耗高，而且焦耳热限制了它高密度地集成。

磁性斯格明子是一种受拓扑保护的磁结构，具有稳定性高、尺寸小、操控方式多样等特点。磁性斯格明子的不同状态被用作“比特”以实现信息存储和制作逻辑器件。传统应用中通常以磁性斯格明子的有和无来表示逻辑“1”和“0”，实现基本的逻辑运算(X.Zhanget.al,Magnetic skyrmion logic gates:conversion,duplication and merging ofskyrmions)。

扭曲的斯格明子是存在于两个反铁磁耦合的磁畴边界一种新型的稳定的斯格明子状态(Huanhuan Yang et.al,Twisted skyrmion at domain boundaries and themethod of image)。扭曲的斯格明子和传统的斯格明子之间可以相互转化，并且两个扭曲的斯格明子可以实现融合。

研究发现，电流可以用来驱动磁性斯格明子在磁性纳米带中运动(Xichao Zhanget.al,Magnetic bilayer-skyrmions without skyrmion Hall effect)。此外，电压控制磁各向异性(VCMA)技术(Wang Kang et.al,Voltage Controlled Magnetic SkyrmionMotion for Racetrack Memory)可以用来改变磁性纳米带的各向异性能，进而改变磁性斯格明子的运动状态。磁性隧道结(MTJ)(Jares,H et.al,Angular dependence of thetunnel magnetoresistance in transition-metal-based junctions)可以用于读取磁斯格明子的状态。以上技术手段均已经被实验或理论所证实，将被运用于本发明之中。

发明内容

本发明提出一种基于磁性斯格明子的新型可重构逻辑门，目的是在该结构中实现逻辑与门或逻辑或门，通过简单的改变电压控制磁各向异性门的电压源连接端口就可以实现与门和或门的转换。

本发明的技术方案为：

一种基于磁性斯格明子的可重构逻辑门，包括：

第一输入端和第二输入端，所述第一输入端包括并列设置且反铁磁耦合的第一输入轨道11和第二输入轨道12，所述第二输入端包括并列设置且反铁磁耦合的第三输入轨道13和第四输入轨道14；

输出端，包括第一输出轨道21和第二输出轨道22；

第一连接通路，包括并列设置且反铁磁耦合的第一连接轨道31和第二连接轨道32；

第二连接通路，包括并列设置且反铁磁耦合的第三连接轨道33和第四连接轨道34；

第三连接通路，包括并列设置且反铁磁耦合的第五连接轨道35和第六连接轨道36；

第四连接通路，包括并列设置且反铁磁耦合的第七连接轨道37和第八连接轨道38；

第一脱离通路，包括并列设置且反铁磁耦合的第一脱离轨道41和第二脱离轨道42；

第二脱离通路，包括并列设置且反铁磁耦合的第三脱离轨道43和第四脱离轨道44；

所述第一连接轨道31的一端与所述第一输入轨道11反铁磁耦合，另一端与所述第一脱离轨道41的一端铁磁耦合；

所述第二连接轨道32的一端与所述第一输入轨道11铁磁耦合；

所述第三连接轨道33的一端与所述第三输入轨道13铁磁耦合，另一端与所述第二脱离轨道42的一端铁磁耦合；

所述第四连接轨道34的一端与所述第三输入轨道13反铁磁耦合，另一端与所述第二连接轨道32的另一端反铁磁耦合；

所述第一输出轨道21与所述第一脱离轨道41的另一端反铁磁耦合，与所述第二脱离轨道42的另一端铁磁耦合；

所述第五连接轨道35的一端与所述第二输入轨道12铁磁耦合；

所述第六连接轨道36的一端与所述第二输入轨道12反铁磁耦合，另一端与所述第三脱离轨道43的一端铁磁耦合；

所述第七连接轨道37的一端与所述第四输入轨道14反铁磁耦合，另一端与所述第五连接轨道35的另一端反铁磁耦合；

所述第八连接轨道38的一端与所述第四输入轨道14铁磁耦合，另一端与所述第四脱离轨道44铁磁耦合；

所述第二输出轨道22与所述第三脱离轨道43的另一端反铁磁耦合，与所述第四脱离轨道44的另一端铁磁耦合；

所述第一输出轨道21和所述第二输出轨道22内均设置有磁性隧道结，用于读取所述磁性斯格明子的状态；

所述第一输入轨道11的磁性材料的磁矩方向为垂直于所述第一输入轨道11表面向外。

具体的，所述第一输出轨道21在靠近所述第一脱离通路的一端和所述第一输出轨道21内的磁性隧道结之间还设置有电压控制磁各向异性门，此时逻辑门为与门。

具体的，所述第二输出轨道22在靠近所述第二脱离通路的一端和所述第二输出轨道22内的磁性隧道结之间还设置有电压控制磁各向异性门，此时逻辑门为或门。

具体的，利用极性为+1的磁性斯格明子表示逻辑1，从所述第一输入轨道11和第三输入轨道13进入；利用极性为-1的磁性斯格明子表示逻辑0，从所述第二输入轨道12和第四输入轨道14进入。

具体的，所述磁性斯格明子在电流的驱动下能够转变为扭曲磁性斯格明子，所述扭曲磁性斯格明子存在于反铁磁边界并能沿着反铁磁边界运动，所述扭曲磁性斯格明子和拓扑荷为+1或-1的磁性斯格明子能够相互转化。

具体的，还包括控制电路，所述控制电路包括第一电压源V1、第二电压源V2和第三电压源V3，所述电压控制磁各向异性门包括第一电压控制磁各向异性门C1和第二电压控制磁各向异性门C2，所述第一电压控制磁各向异性门C1连接所述第一电压源V1和所述第二电压源V2，所述第二电压控制磁各向异性门C2连接所述第一电压源V1和所述第三电压源V3。

具体的，所述第一输入端和第二输入端内均设置有磁性隧道结，用于检测是否有磁性斯格明子存在；所述第一输入端内的磁性隧道结用于控制所述第三电压源V3，所述第二输入端内的磁性隧道结用于控制所述第二电压源V2。

具体的，通过面内电流驱动所述磁性斯格明子运动，所述面内电流的通电装置为电极，所述第一输入端和第二输入端连接负电极，所述输出端连接正电极。

具体的，所述逻辑门的磁性材料是哈斯勒型磁性形状记忆合金的马氏体相。

具体的，所述第一输出轨道21和第二输出轨道22反铁磁耦合。

本发明的有益效果为：

(1)本发明极大地改善了之前逻辑门设计中的数据误读和丢失问题。传统的基于磁性斯格明子的逻辑门都是使用“有”和“无”磁性斯格明子的状态来表示逻辑“1”和“0”(或者相反的方式)，因此两个磁性斯格明子之间的相互运动会产生误读或者信息丢失。现有的工艺水平无法保证多个磁性斯格明子长时间保持同步运动，进而之前的设计的逻辑门无法应用于生产实践中。本发明使用磁性斯格明子的不同极性来表示逻辑“1”和“0”，这种方法利用斯格明子的极性来记录数据，因此不要求所有的磁性斯格明子保持同步运动。

(2)本发明中的逻辑门可以很容易的实现逻辑与门和或门之间的转换(可重构)，极大地优化了制作工艺。两种逻辑门之间的互相转换通过改变电压控制磁各项异性门的电压源的连接端口即可实现。

(3)本发明利用一种新型的磁学结构：扭曲磁性斯格明子。在电流的驱动下，扭曲磁性斯格明子可以和传统的磁性斯格明子互相转换，并且两个扭曲磁性斯格明子可以融合成一个扭曲磁性斯格明子。这提供了一种新的改变磁纳米带中磁性斯格明子的拓扑荷和数目的有效方法。

(4)本发明利用磁性斯格明子构成逻辑门，具有体积小、功耗低、稳定性高、运算速度快等特点。

附图说明

图1是实施例中逻辑与门的结构示意图。

图2是实施例中逻辑或门的结构示意图。

图3是逻辑与门中磁性斯格明子的运动状态示意图。

图4是逻辑或门中磁性斯格明子的运动状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细描述本发明。

本发明中利用了一种新型的磁学结构：扭曲磁性斯格明子，扭曲磁性斯格明子存在于反铁磁边界并能沿着反铁磁边界运动，两个扭曲磁性斯格明子还能够融合为一个扭曲磁性斯格明子或传统的磁性斯格明子；在电流的驱动下，拓扑荷为+1或-1的磁性斯格明子能够转换为扭曲磁性斯格明子，扭曲磁性斯格明子也能够转化为拓扑荷为+1或-1的磁性斯格明子。

本发明提供的基于磁性斯格明子的可重构逻辑门，包括第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端包括并列设置且反铁磁耦合的第一输入轨道11和第二输入轨道12，第二输入端包括并列设置且反铁磁耦合的第三输入轨道13和第四输入轨道14；输出端包括第一输出轨道21和第二输出轨道22，第一输出轨道21和第二输出轨道也可以反铁磁耦合，便于逻辑门的级联。

第一输入轨道11和第三输入轨道13的磁性材料的磁矩方向为垂直其表面且向外，由于磁性斯格明子一般存在于薄膜上，所以一些实施例中本发明提供的逻辑门是基于薄膜做成的，则第一输入轨道11和第三输入轨道13的磁性材料的磁矩方向是垂直薄膜向外的，那么第二输入轨道12和第四输入轨道14的磁性材料的磁矩方向是垂直薄膜向里的。

本发明中利用极性为+1的磁性斯格明子表示逻辑1，从第一输入轨道11和第三输入轨道13进入逻辑门；利用极性为-1的磁性斯格明子表示逻辑0，从第二输入轨道12和第四输入轨道14进入逻辑门。

本发明提供的逻辑门还包括均为反铁磁耦合的双轨道的第一连接通路、第二连接通路、第三连接通路、第四连接通路、第一脱离通路和第二脱离通路，第一连接通路包括并列设置且反铁磁耦合的第一连接轨道31和第二连接轨道32，第二连接通路包括并列设置且反铁磁耦合的第三连接轨道33和第四连接轨道34，第一脱离通路包括并列设置且反铁磁耦合的第一脱离轨道41和第二脱离轨道42；第一连接轨道31的一端与第一输入轨道11反铁磁耦合，另一端与第一脱离轨道41的一端铁磁耦合；第二连接轨道32的一端与第一输入轨道11铁磁耦合；第三连接轨道33的一端与第三输入轨道13铁磁耦合，另一端与第二脱离轨道42的一端铁磁耦合；第四连接轨道34的一端与所述第三输入轨道13反铁磁耦合，另一端与第二连接轨道32的另一端反铁磁耦合；第一输出轨道21与第一脱离轨道41的另一端反铁磁耦合，与所述第二脱离轨道42的另一端铁磁耦合；第三连接通路包括并列设置且反铁磁耦合的第五连接轨道35和第六连接轨道36，第四连接通路包括并列设置且反铁磁耦合的第七连接轨道37和第八连接轨道38，第二脱离通路包括并列设置且反铁磁耦合的第三脱离轨道43和第四脱离轨道44，第五连接轨道35的一端与第二输入轨道12铁磁耦合；第六连接轨道36的一端与第二输入轨道12反铁磁耦合，另一端与所述第三脱离轨道43的一端铁磁耦合；第七连接轨道37的一端与第四输入轨道14反铁磁耦合，另一端与第五连接轨道35的另一端反铁磁耦合；第八连接轨道38的一端与第四输入轨道14铁磁耦合，另一端与第四脱离轨道44铁磁耦合；第二输出轨道22与第三脱离轨道43的另一端反铁磁耦合，与第四脱离轨道44的另一端铁磁耦合；第一输出轨道21和第二输出轨道22内均设置有磁性隧道结用于读取所述磁性斯格明子的状态。

磁性斯格明子从输入端的双轨道的其中一个轨道进入逻辑门，在进入连接通路时转变为扭曲磁性斯格明子，然后依次沿着连接通路和脱离通路中的反铁磁边界运动，在离开脱离通路时又转换为拓扑荷为+1或-1的磁性斯格明子后进入输出端，由于第二连接轨道32和第四连接轨道34的另一端离磁性斯格明子运动的轨道较远，对结果没有影响，所以在此不做限定。

一些实施例中还包括控制电路，控制电路包括第一电压源V1、第二电压源V2和第三电压源V3，电压控制磁各向异性门包括第一电压控制磁各向异性门C1和第二电压控制磁各向异性门C2，第一电压控制磁各向异性门C1连接第一电压源V1和第二电压源V2，第二电压控制磁各向异性门C2连接第一电压源V1和第三电压源V3。第一输入端和第二输入端内均设置有磁性隧道结，检测是否有磁性斯格明子存在，第一输入端内的磁性隧道结用于控制第三电压源V3，第二输入端内的磁性隧道结用于控制第二电压源V2，与门中的磁性隧道结设置在第一输入轨道11和第三输入轨道13中，或门中的磁性隧道结设置在第二输入轨道12和第四输入轨道14中。

磁性斯格明子先通过电压控制磁各向异性门，再通过磁性隧道结，电压控制磁各向异性门(VCMA)包括第一电压控制磁各向异性门C1和第二电压控制磁各向异性门C2。电压控制磁各向异性门可以单独设置在第一输出轨道21或第二输出轨道22中，也可以在第一输出轨道21和第二输出轨道22内均设置相同的电压控制磁各向异性门，通过改变电压控制磁各向异性门的电压源的连接端口达到与门和或门的转换，当第一电压源V1和第三电压源V3连接第一输出轨道21内的第一电压控制磁各向异性门C1，第一电压源V1和第二电压源V2连接第一输出轨道22内的第二电压控制磁各向异性门C2时，逻辑门为与门，如图1所示；当第一电压源V1和第三电压源V3连接第二输出轨道22内的第一电压控制磁各向异性门C1，第一电压源V1和第二电压源V2连接第二输出轨道22内的第二电压控制磁各向异性门C2时，逻辑门为或门，如图2所示。

一些实施例中通过面内电流驱动磁性斯格明子运动，面内电流的通电装置为电极，第一输入端和第二输入端连接负电极，输出端连接正电极，磁性斯格明子的运动方向和面内电流的运动方向相反，以磁性斯格明子从第一输入轨道11进入逻辑门为例，面内电流的方向是依次通过第一输出轨道21、第一脱离通路、第一连接通路和第一输入轨道11，而磁性斯格明子的运动轨迹为依次通过第一输入轨道11、第一连接通路中的反铁磁边界、第一脱离通路中的反铁磁边界和第一输出轨道21。

一些实施例中，逻辑门利用磁性材料为哈斯勒型(Heusler-type)磁性形状记忆合金构造成的薄膜，哈斯勒型(Heusler-type)磁性形状记忆合金包括Ni-Mn-Ga,Ni-Mn-Z(In,Sn,Sb),Ni-Mn-Sn-Co等等。例如Ni-Mn-Sn-Co薄膜制备是在0.011毫帕的氩气氛围中，利用直流磁控溅射(功率为150W)沉积在热的(500摄氏度)MgO(001)单晶衬底上。薄膜的具体成分可由X射线能谱仪表征出来。逻辑门的尺寸可为：总长度为1000nm，宽度为600nm，厚度为1nm；输出端宽度为100nm；电压控制磁各向异性门(VCMA)为100nm*20nm，四个连接通路的轨道可为直线型或弧形轨道，优选的，四个连接通路的轨道构成一个正方形，逻辑门沿该正方形的对角线对称，各个连接轨道与输入输出端的夹角α＝β＝135°。

如图3所示是与门在输入为“1”+“1”＝“1”、“1”+“0”＝“0”和“0”+“0”＝“0”这三种情况下时磁性斯格明子运动的三种状态，白色箭头表示面内电流(CIP)的流向。初始状态时，第一电压源V1控制第一电压控制磁各向异性门C1和第二电压控制磁各向异性门C2，使其所在区域的磁各向异性增强，此时第二电压源V2和第三电压源V3的电压值为0。

“1”+“1”＝“1”：当输入为“1”和“1”，即两个极性为+1的磁性斯格明子分别从第一输入轨道11和第三输入轨道13进入与门，如图3中a1所示，第一输入端和第二输入端的磁性隧道结均检测到有极性为+1的磁性斯格明子存在时，第二电压源V2和第三电压源V3产生和第一电压源V1反向的电压，使得第一电压控制磁各向异性门C1和第二电压控制磁各向异性门C2的磁各向异性恢复正常。两个极性为+1的磁性斯格明子在分别进入第一连接通路和第二连接通路时转变为两个扭曲磁性斯格明子，如图3中a2所示，随后两个扭曲磁性斯格明子分别沿着第一连接通路和第二连接通路的反铁磁边界运动。第一连接通路和第二连接通路中的两个扭曲磁性斯格明子在进入第一脱离通路时相遇并融合成一个扭曲磁性斯格明子，如图3中a3所示。随后融合后的扭曲磁性斯格明子沿着第一脱离通路的反铁磁边界运动，如图3中a4所示。融合后的扭曲磁性斯格明子在离开第一脱离通路进入第一输出轨道11时又转换为极性为+1的斯格明子，如图3中a5所示，由于第一电压控制磁各向异性门和第二电压控制磁各向异性门的磁各向异性均正常，该转换后的斯格明子通过两个电压控制磁各向异性门后被磁性隧道结检测，由于本发明用极性为+1的斯格明子表示逻辑“1”，用极性为-1的斯格明子表示逻辑“0”，与门的第一输出轨道11输出逻辑“1”。

“1”+“0”＝“0”，“0”+“1”＝“0”：当输入为“1”、“0”或“0”、“1”时，即一个极性为+1的磁性斯格明子从第一输入轨道11进入与门，一个极性为-1的磁性斯格明子从第四输入轨道14进入与门，如图3中b1所示；或者一个极性为+1的磁性斯格明子从第三输入轨道13进入与门，一个极性为-1的磁性斯格明子从第二输入轨道12进入与门，此时第一输入端和第二输入端中的磁性隧道结仅检测到有一个极性为+1的磁性斯格明子存在，则第一电压控制磁各向异性门和第二电压控制磁各向异性门中仅有一个的磁各向异性为正常值，则第一输出轨道21相当于关闭状态，极性为+1的磁性斯格明子不会从第一输出轨道21输出，而极性为-1的磁性斯格明子在进入连接通路时转变为扭曲磁性斯格明子沿着第三连接通路或第四连接通路运动并从第二脱离通路输出到第二输出轨道22，如图3中b5所示，此时与门的第二输出端输出逻辑“0”。

“0”+“0”＝“0”：当输入为“0”、“0”时，即两个极性为-1的磁性斯格明子分别从第二输入轨道12和第四输入轨道14进入与门，如图3中c1所示，两个极性为-1的磁性斯格明子在进入连接通路时转变为扭曲磁性斯格明子，如图3中c2所示，之后两个扭曲磁性斯格明子分别沿着第三连接通路和第四连接通路运动并在进入第二脱离通路时相遇并融合成一个扭曲磁性斯格明子，如图3中c3所示，融合后的扭曲磁性斯格明子继续沿着第二脱离通路的反铁磁边界向第二输出轨道22运动，如图3中c4所示，在离开第二脱离通路进入第二输出轨道22时，扭曲磁性斯格明子又转换为极性为-1的斯格明子，如图3中c5所示，此时与门的第二输出轨道22输出逻辑“0”。

如图4所示是或门在输入为“1”+“1”＝“1”、“1”+“0”＝“0”和“0”+“0”＝“0”这三种情况下时磁性斯格明子运动的三种状态，白色箭头表示面内电流(CIP)的流向。初始状态时，第一电压源V1控制第一电压控制磁各向异性门C1和第二电压控制磁各向异性门C2，使其所在区域的磁各向异性增强，此时第二电压源V2和第三电压源V3的电压值为0。

“1”+“1”＝“1”：当输入为“1”和“1”，即两个极性为+1的磁性斯格明子分别从第一输入轨道11和第三输入轨道13进入或门，如图4中a1所示。两个极性为+1的磁性斯格明子在分别进入第一连接通路和第二连接通路时转变为两个扭曲磁性斯格明子，如图4中a2所示，随后两个扭曲磁性斯格明子分别沿着第一连接通路和第二连接通路的反铁磁边界运动。第一连接通路和第二连接通路中的两个扭曲磁性斯格明子在进入第一脱离通路时相遇并融合成一个扭曲磁性斯格明子，如图4中a3所示。随后融合后的扭曲磁性斯格明子沿着第一脱离通路的反铁磁边界运动，如图4中a4所示。融合后的扭曲磁性斯格明子在离开第一脱离通路进入第一输出轨道11时又转换为极性为+1的斯格明子，如图4中a5所示，或门的第一输出轨道11输出逻辑“1”。

“1”+“0”＝“0”，“0”+“1”＝“0”：当输入为“1”、“0”或“0”、“1”时，即一个极性为+1的磁性斯格明子从第一输入轨道11进入或门，一个极性为-1的磁性斯格明子从第四输入轨道14进入或门，如图4中b1所示；或者一个极性为+1的磁性斯格明子从第三输入轨道13进入或门，一个极性为-1的磁性斯格明子从第二输入轨道12进入或门，此时第一输入端和第二输入端中的磁性隧道结仅检测到有一个极性为-1的磁性斯格明子存在，则第一电压控制磁各向异性门C1和第二电压控制磁各向异性门C2中仅有一个的磁各向异性为正常值，则第二输出轨道22相当于关闭状态，极性为-1的磁性斯格明子不会从第二输出轨道22输出，而极性为+1的磁性斯格明子在进入连接通路时转变为扭曲磁性斯格明子沿着第一连接通路或第二连接通路运动并从第一脱离通路输出到第一输出轨道21，如图4中b5所示，此时或门的第一输出端输出逻辑“1”。

“0”+“0”＝“0”：当输入为“0”、“0”时，即两个极性为-1的磁性斯格明子分别从第二输入轨道12和第四输入轨道14进入或门，如图4中c1所示，此时第一输入端和第二输入端的磁性隧道结均检测到极性为-1的磁性斯格明子，第二电压源V2和第三电压源V3产生和第一电压源V1反向的电压，使得第一电压控制磁各向异性门C1和第二电压控制磁各向异性门C2的磁各向异性回复正常；两个极性为-1的磁性斯格明子在进入连接通路时转变为扭曲磁性斯格明子，如图4中c2所示，之后两个扭曲磁性斯格明子分别沿着第三连接通路和第四连接通路运动并在进入第二脱离通路时相遇并融合成一个扭曲磁性斯格明子，如图4中c3所示，融合后的扭曲磁性斯格明子继续沿着第二脱离通路的反铁磁边界向第二输出轨道22运动，如图4中c4所示，在离开第二脱离通路进入第二输出轨道22时，扭曲磁性斯格明子又转换为极性为-1的斯格明子，如图4中c5所示，第二输出轨道22内的斯格明子通过两个电压控制磁各向异性门后被磁性隧道结检测，或门的第二输出轨道22输出逻辑“0”。

本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于磁性斯格明子的可重构逻辑门，其特征在于，包括：

第一输入端和第二输入端，所述第一输入端包括并列设置且反铁磁耦合的第一输入轨道(11)和第二输入轨道(12)，所述第二输入端包括并列设置且反铁磁耦合的第三输入轨道(13)和第四输入轨道(14)；

输出端，包括第一输出轨道(21)和第二输出轨道(22)；

第一连接通路，包括并列设置且反铁磁耦合的第一连接轨道(31)和第二连接轨道(32)；

第二连接通路，包括并列设置且反铁磁耦合的第三连接轨道(33)和第四连接轨道(34)；

第三连接通路，包括并列设置且反铁磁耦合的第五连接轨道(35)和第六连接轨道(36)；

第四连接通路，包括并列设置且反铁磁耦合的第七连接轨道(37)和第八连接轨道(38)；

第一脱离通路，包括并列设置且反铁磁耦合的第一脱离轨道(41)和第二脱离轨道(42)；

第二脱离通路，包括并列设置且反铁磁耦合的第三脱离轨道(43)和第四脱离轨道(44)；

所述第一连接轨道(31)的一端与所述第一输入轨道(11)反铁磁耦合，另一端与所述第一脱离轨道(41)的一端铁磁耦合；

所述第二连接轨道(32)的一端与所述第一输入轨道(11)铁磁耦合；

所述第三连接轨道(33)的一端与所述第三输入轨道(13)铁磁耦合，另一端与所述第二脱离轨道(42)的一端铁磁耦合；

所述第四连接轨道(34)的一端与所述第三输入轨道(13)反铁磁耦合，另一端与所述第二连接轨道(32)的另一端反铁磁耦合；

所述第一输出轨道(21)与所述第一脱离轨道(41)的另一端反铁磁耦合，与所述第二脱离轨道(42)的另一端铁磁耦合；

所述第五连接轨道(35)的一端与所述第二输入轨道(12)铁磁耦合；

所述第六连接轨道(36)的一端与所述第二输入轨道(12)反铁磁耦合，另一端与所述第三脱离轨道(43)的一端铁磁耦合；

所述第七连接轨道(37)的一端与所述第四输入轨道(14)反铁磁耦合，另一端与所述第五连接轨道(35)的另一端反铁磁耦合；

所述第八连接轨道(38)的一端与所述第四输入轨道(14)铁磁耦合，另一端与所述第四脱离轨道(44)铁磁耦合；

所述第二输出轨道(22)与所述第三脱离轨道(43)的另一端反铁磁耦合，与所述第四脱离轨道(44)的另一端铁磁耦合；

所述第一输出轨道(21)和所述第二输出轨道(22)内均设置有磁性隧道结，用于读取所述磁性斯格明子的状态；

所述第一输入轨道(11)的磁性材料的磁矩方向为垂直于所述第一输入轨道(11)表面向外。

2.根据权利要求1所述的基于磁性斯格明子的可重构逻辑门，其特征在于，所述第一输出轨道(21)在靠近所述第一脱离通路的一端和所述第一输出轨道(21)内的磁性隧道结之间还设置有电压控制磁各向异性门，此时逻辑门为与门。

3.根据权利要求1所述的基于磁性斯格明子的可重构逻辑门，其特征在于，所述第二输出轨道(22)在靠近所述第二脱离通路的一端和所述第二输出轨道(22)内的磁性隧道结之间还设置有电压控制磁各向异性门，此时逻辑门为或门。

4.根据权利要求2或3所述的基于磁性斯格明子的可重构逻辑门，其特征在于，利用极性为+1的磁性斯格明子表示逻辑1，从所述第一输入轨道(11)和第三输入轨道(13)进入；利用极性为-1的磁性斯格明子表示逻辑0，从所述第二输入轨道(12)和第四输入轨道(14)进入。

5.根据权利要求4所述的基于磁性斯格明子的可重构逻辑门，其特征在于，所述磁性斯格明子在电流的驱动下能够转变为扭曲磁性斯格明子，所述扭曲磁性斯格明子存在于反铁磁边界并能沿着反铁磁边界运动，所述扭曲磁性斯格明子和拓扑荷为+1或-1的磁性斯格明子能够相互转化。

6.根据权利要求5所述的基于磁性斯格明子的可重构逻辑门，其特征在于，还包括控制电路，所述控制电路包括第一电压源(V1)、第二电压源(V2)和第三电压源(V3)，所述电压控制磁各向异性门包括第一电压控制磁各向异性门(C1)和第二电压控制磁各向异性门(C2)，所述第一电压控制磁各向异性门(C1)连接所述第一电压源(V1)和所述第二电压源(V2)，所述第二电压控制磁各向异性门(C2)连接所述第一电压源(V1)和所述第三电压源(V3)。

7.根据权利要求6所述的基于磁性斯格明子的可重构逻辑门，其特征在于，所述第一输入端和第二输入端内均设置有磁性隧道结，用于检测是否有磁性斯格明子存在；所述第一输入端内的磁性隧道结用于控制所述第三电压源(V3)，所述第二输入端内的磁性隧道结用于控制所述第二电压源(V2)。

8.根据权利要求5所述的基于磁性斯格明子的可重构逻辑门，其特征在于，通过面内电流驱动所述磁性斯格明子运动，所述面内电流的通电装置为电极，所述第一输入端和第二输入端连接负电极，所述输出端连接正电极。

9.根据权利要求4所述的基于磁性斯格明子的可重构逻辑门，其特征在于，所述逻辑门的磁性材料是哈斯勒型磁性形状记忆合金的马氏体相。

10.根据权利要求4所述的基于磁性斯格明子的可重构逻辑门，其特征在于，所述第一输出轨道(21)和第二输出轨道(22)反铁磁耦合。

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