CN113782078A - 一种基于磁隧道结的数据处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于磁隧道结的数据处理方法及装置，所述方法包括：根据待运算数据以及磁隧道结的数据定义规则，对磁隧道结施加自旋轨道矩电流和自旋转移矩电流，并获取磁隧道结状态；其中，所述磁隧道结的数据定义规则是预设的；根据所述磁隧道结状态以及状态定义规则，获得所述待运算数据的逻辑运算结果并存储；其中，所述状态定义规则是预设的。所述装置用于执行上述方法。本发明实施例提供的基于磁隧道结的数据处理方法，利用磁隧道结实现了逻辑运算。

Description

一种基于磁隧道结的数据处理方法及装置
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种基于磁隧道结的数据处理方法及装置。
背景技术
物联网、人工智能和边缘计算等技术的发展催生了海量数据。为满足海量数据应用场景对高能效计算的迫切需求，出现了磁性随机访问存储器(Magnetic Random AccessMemory，简称MRAM)，能够提高读写速度。
现有技术中，基于自旋轨道矩(Spin-orbit torque,简称SOT)的磁随机存储器SOT-MRAM已被提出，能够进一步提高写入速度并能够避免击穿风险。比如有人提出一种低功耗磁性存储单元，在反铁磁的作用下，SOT电流可以在没有外磁场的条件下实现数据写入；有人提出一种磁性存储器的数据写入方法，通过自旋轨道矩写入电流及自旋转移矩(Spin-transfer torque,简称STT)写入电流两个电流协同作用，实现可靠的数据写入。总之，目前SOT-MRAM在数据写入机制方面已有较多的探索。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种基于磁隧道结的数据处理方法，同时利用STT电流和SOT电流，利用磁隧道结的三端结构，分别施加电压，SOT电流与STT电流相互作用，实现逻辑计算与数据写入。
一方面，本发明提出一种基于磁隧道结的数据处理方法，包括：
根据待运算数据以及磁隧道结的数据定义规则，对磁隧道结施加SOT电流和STT电流，并获取磁隧道结状态；其中，所述磁隧道结的数据定义规则是预设的；
根据所述磁隧道结状态以及状态定义规则，获得所述待运算数据的逻辑运算结果并存储；其中，所述状态定义规则是预设的。
另一方面，本发明提供一种基于磁隧道结的数据处理装置，包括：
施加模块，用于根据待运算数据以及磁隧道结的数据定义规则，对磁隧道结施加SOT电流和STT电流，并获取磁隧道结状态；其中，所述磁隧道结的数据定义规则是预设的；
获得模块，用于根据所述磁隧道结状态以及状态定义规则，获得所述待运算数据的逻辑运算结果并存储；其中，所述状态定义规则是预设的。
再一方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一实施例所述基于磁隧道结的数据处理方法的步骤。
又一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述基于磁隧道结的数据处理方法的步骤。
本发明实施例提供的基于磁隧道结的数据处理方法，能够根据待运算数据以及磁隧道结的数据定义规则，对磁隧道结施加SOT电流和STT电流，并获取磁隧道结状态，根据磁隧道结状态以及状态定义规则，获得待运算数据的逻辑运算结果并存储，利用磁隧道结实现了逻辑运算。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本发明一实施例提供的磁隧道结的基本结构示意图。
图2是本发明另一实施例提供的磁隧道结的基本结构示意图。
图3是本发明又一实施例提供的磁隧道结的基本结构示意图。
图4是本发明一实施例提供的基于磁隧道结的数据处理方法的流程示意图。
图5是本发明一实施例提供的基于磁隧道结的数据处理装置的结构示意图。
图6是本发明一实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
为了便于理解本申请提供的技术方案，下面先对本申请技术方案的相关内容进行说明。
本发明实施例提供的基于磁隧道结的数据处理方法，基于磁隧道结(MagneticTunnel Junction，简称MTJ)实现。图1是本发明一实施例提供的磁隧道结的基本结构示意图，图2是本发明另一实施例提供的磁隧道结的基本结构示意图，图3是本发明又一实施例提供的磁隧道结的基本结构示意图，如图1、图2和图3所示，磁隧道结包括自由层A1、势垒层A2、固定层A3和强自旋轨道耦合层A4，其中：
自由层A1的磁矩的方向不固定，固定层A3的磁矩的方向固定，所述磁隧道结具有各向异性，包括垂直磁各向异性和面内磁各向异性。其中，图1所示的结构为典型的垂直磁各向异性的磁隧道结，自由层A1、势垒层A2和固定层A3可以采用圆形或正方形的薄膜；图2与图3所示的结构是面内磁各向异性的磁隧道结的两种结构示意图，自由层A1、势垒层A2和固定层A3可以采用椭圆形或矩形的薄膜。本发明实施例提供的基于磁隧道结的数据处理方法，能够应用于包括图1、图2和图3所示的磁隧道结的MRAM。需要说明的是，本发明实施例提供的基于磁隧道结的数据处理方法的应用范围并不仅限于图1、图2和图3所示的器件，此处仅列举出三种可能的应用情况。
当自由层A1与固定层A3的磁矩方向一致时，称为平行态(P态)，所述磁隧道结呈现低阻态；当自由层A1与固定层A3的磁矩方向不一致时，称为反平行态(AP态)，所述磁隧道结呈现高阻态。
当SOT电流(或者STT电流)单独使用且大小大于某一阈值时，磁隧道结的最终状态与SOT电流(或者STT电流)的方向有关。将SOT电流以及STT电流同时使用，则最终状态取决于强度占据主导的电流的方向。其中，图1中，SOT电流为横向电流，STT电流为纵向电流。
本发明实施例提供的基于磁隧道结的数据处理方法，使用不同方向和不同强度的SOT电流以及STT电流，实现逻辑运算与磁隧道结最终状态写入。单个SOT电流和STT电流也能实现数据写入。
图4是本发明一实施例提供的基于磁隧道结的数据处理方法的流程示意图，如图4所示，本发明实施例提供的基于磁隧道结的数据处理方法，包括：
S401、根据待运算数据以及磁隧道结的数据定义规则，对所述磁隧道结施加SOT电流和STT电流，并获取磁隧道结状态；其中，所述磁隧道结的数据定义规则是预设的；
具体地，获取待运算数据，然后根据所述待运算数据以及磁隧道结的数据定义规则，对所述磁隧道结施加SOT电流和STT电流，然后读取磁隧道结状态。其中，所述磁隧道结的数据定义规则是预设的，所述磁隧道结的数据定义规则中设置了SOT电流与0、1之间的对应关系，以及STT电流与0、1之间的对应关系。所述待运算数据为二进制数据。
S402、根据所述磁隧道结状态以及状态定义规则，获得所述待运算数据的逻辑运算结果并存储；其中，所述状态定义规则是预设的。
具体地，在获得所述磁隧道结状态之后，通过所述状态定义规则可以获得所述磁隧道结状态对应1还是0，从而获得所述待运算数据的逻辑运算结果，然后将所述逻辑运算结果存储起来，可以将所述逻辑运算结果存储到所述磁隧道结所在的MRAM。其中，所述状态定义规则是预设的。
本发明实施例提供的基于磁隧道结的数据处理方法，能够根据待运算数据以及磁隧道结的数据定义规则，对磁隧道结施加SOT电流和STT电流，并获取磁隧道结状态，根据磁隧道结状态以及状态定义规则，获得待运算数据的逻辑运算结果并存储，利用磁隧道结实现了逻辑运算。此外，能够使存储单元同时具备存储和计算功能。
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述磁隧道结的数据定义规则包括：
SOT电流的电流方向为第一方向，以及SOT电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值，则SOT电流表示1；SOT电流的电流方向为第二方向，且SOT电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值，则SOT电流表示0；其中，所述第三阈值大于所述第二阈值；
STT电流的电流方向为第三方向，以及STT电流的大小大于第五阈值且小于第六阈值，则STT电流表示1；STT电流的电流方向为第四方向，以及STT电流的大小大于第七阈值且小于第八阈值，则STT电流表示0；其中，所述第七阈值大于所述第六阈值。
具体地，为了使SOT电流表示1，可以对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值；为了使SOT电流表示0，可以对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值。其中，第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值，根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。可理解的是第一方向与第二方向相反。
为了使STT电流表示1，可以对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第五阈值且小于第六阈值；为了使STT电流表示0，可以对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第七阈值且小于第八阈值。其中，第五阈值、第六阈值、第七阈值和第八阈值，根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。可理解的是第三方向与第四方向相反。
例如，如图1所示的磁隧道结结构，横向电流为SOT电流，纵向电流为STT电流，第一方向为-X方向，第二方向为+X方向，第三方向为-Z方向，第四方向为+Z方向。
为了方便后续描述，将SOT电流的电流方向为第一方向，以及SOT电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值，则SOT电流表示1；SOT电流的电流方向为第二方向，且SOT电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值，则SOT电流表示0；其中，所述第三阈值大于所述第二阈值；STT电流的电流方向为第三方向，以及STT电流的大小大于第五阈值且小于第六阈值，则STT电流表示1；STT电流的电流方向为第四方向，以及STT电流的大小大于第七阈值且小于第八阈值，则STT电流表示0；其中，所述第七阈值大于所述第六阈值，称为数据定义规则1。
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述状态定义规则包括：
若所述磁隧道结的自由层与所述磁隧道结的固定层的磁矩方向一致，则所述磁隧道结状态为低阻态，所述低阻态对应0；
若所述磁隧道结的自由层与所述磁隧道结的固定层的磁矩方向不一致，则所述磁隧道结状态为高阻态，所述高阻态对应1。
具体地，当检测到所述磁隧道结为低阻态时，可以获得对应的数据为0；当检测到所述磁隧道结为高阻态时，可以获得对应的数据为1。
为了方便后续描述，将若所述磁隧道结的自由层与所述磁隧道结的固定层的磁矩方向一致，则所述磁隧道结状态为低阻态，所述低阻态对应0；若所述磁隧道结的自由层与所述磁隧道结的固定层的磁矩方向不一致，则所述磁隧道结状态为高阻态，所述高阻态对应1，称为状态定义规则1。
基于数据定义规则1和状态定义规则1，可以实现与(AND)逻辑计算。如表1所示，如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值(将所施加的此SOT电流记为-Isot)，同时对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第七阈值且小于第八阈值(将所施加的此STT电流记为+Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为0，即实现1和0的与逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值(将所施加的此SOT电流记为+Isot)，同时对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第五阈值且小于第六阈值(将所施加的此STT电流记为-Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为0，即实现0和1的与逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值，同时对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第七阈值且小于第八阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为0，即实现0和0的与逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值，同时对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第五阈值且小于第六阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为1，即实现1和1的与逻辑运算，逻辑运算结果为1。
表1与逻辑运算表
逻辑输入A 逻辑输入B A对应的SOT电流 B对应的STT电流 MTJ状态
1 0 -Isot(第一方向) +Istt(第四方向) 0
0 1 +Isot(第二方向) -Istt(第三方向) 0
0 0 +Isot(第二方向) +Istt(第四方向) 0
1 1 -Isot(第一方向) -Istt(第三方向) 1
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述状态定义规则包括：
若所述磁隧道结的自由层与所述磁隧道结的固定层的磁矩方向一致，则所述磁隧道结状态为低阻态，所述低阻态对应1；
若所述磁隧道结的自由层与所述磁隧道结的固定层的磁矩方向不一致，则所述磁隧道结状态为高阻态，所述高阻态对应0。
具体地，当检测到所述磁隧道结为低阻态时，可以获得对应的数据为1；当检测到所述磁隧道结为高阻态时，可以获得对应的数据为0。
为了方便后续描述，将若所述磁隧道结的自由层与所述磁隧道结的固定层的磁矩方向一致，则所述磁隧道结状态为低阻态，所述低阻态对应1；若所述磁隧道结的自由层与所述磁隧道结的固定层的磁矩方向不一致，则所述磁隧道结状态为高阻态，所述高阻态对应0，称为状态定义规则2。
基于数据定义规则1和状态定义规则2，可以实现与非(NAND)逻辑计算。如表2所示，如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值(将所施加的此SOT电流记为-Isot)，同时对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第七阈值且小于第八阈值(将所施加的此STT电流记为+Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为1，即实现1和0的与非逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值(将所施加的此SOT电流记为+Isot)，同时对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第五阈值且小于第六阈值(将所施加的此STT电流记为-Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为1，即实现0和1的与非逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值，同时对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第七阈值且小于第八阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为1，即实现0和0的与非逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值，同时对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第五阈值且小于第六阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为0，即实现1和1的与非逻辑运算，逻辑运算结果为0。
表2与非逻辑运算表
逻辑输入A 逻辑输入B A对应的SOT电流 B对应的STT电流 MTJ状态
1 0 -Isot(第一方向) +Istt(第四方向) 1
0 1 +Isot(第二方向) -Istt(第三方向) 1
0 0 +Isot(第二方向) +Istt(第四方向) 1
1 1 -Isot(第一方向) -Istt(第三方向) 0
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述磁隧道结的数据定义规则包括：
SOT电流的电流方向为第一方向，以及SOT电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值，则SOT电流表示0；SOT电流的电流方向为第二方向，且SOT电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值，则SOT电流表示1；其中，所述第三阈值大于所述第二阈值；
STT电流的电流方向为第三方向，以及STT电流的大小大于第五阈值且小于第六阈值，则STT电流表示0；STT电流的电流方向为第四方向，以及STT电流的大小大于第七阈值且小于第八阈值，则STT电流表示1；其中，所述第七阈值大于所述第六阈值。
具体地，为了使SOT电流表示0，可以对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值；为了使SOT电流表示1，可以对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值。其中，第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值，根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。可理解的是第一方向与第二方向相反。
为了使STT电流表示0，可以对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第五阈值且小于第六阈值；为了使STT电流表示1，可以对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第七阈值且小于第八阈值。其中，第五阈值、第六阈值、第七阈值和第八阈值，根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。可理解的是第三方向与第四方向相反。
例如，如图1所示的磁隧道结结构，横向电流为SOT电流，纵向电流为STT电流，第一方向为-X方向，第二方向为+X方向，第三方向为-Z方向，第四方向为+Z方向。
为了方便后续描述，将SOT电流的电流方向为第一方向，以及SOT电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值，则SOT电流表示0；SOT电流的电流方向为第二方向，且SOT电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值，则SOT电流表示1；其中，所述第三阈值大于所述第二阈值；STT电流的电流方向为第三方向，以及STT电流的大小大于第五阈值且小于第六阈值，则STT电流表示0；STT电流的电流方向为第四方向，以及STT电流的大小大于第七阈值且小于第八阈值，则STT电流表示1；其中，所述第七阈值大于所述第六阈值，称为数据定义规则2。
基于数据定义规则2和状态定义规则1，可以实现或非(NOR)逻辑计算。如表3所示，如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值(将所施加的此SOT电流记为-Isot)，同时对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第七阈值且小于第八阈值(将所施加的此STT电流记为+Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为0，即实现0和1的或非逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值(将所施加的此SOT电流记为+Isot)，同时对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第五阈值且小于第六阈值(将所施加的此STT电流记为-Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为0，即实现1和0的或非逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值，同时对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第七阈值且小于第八阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为0，即实现1和1的或非逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值，同时对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第五阈值且小于第六阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为1，即实现0和0的或非逻辑运算，逻辑运算结果为1。
表3或非逻辑运算表
逻辑输入A 逻辑输入B A对应的SOT电流 B对应的STT电流 MTJ状态
0 1 -Isot(第一方向) +Istt(第四方向) 0
1 0 +Isot(第二方向) -Istt(第三方向) 0
1 1 +Isot(第二方向) +Istt(第四方向) 0
0 0 -Isot(第一方向) -Istt(第三方向) 1
基于数据定义规则2和状态定义规则2，可以实现或(OR)逻辑计算。如表4所示，如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值(将所施加的此SOT电流记为-Isot)，同时对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第七阈值且小于第八阈值(将所施加的此STT电流记为+Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为1，即实现0和1的或逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值(将所施加的此SOT电流记为+Isot)，同时对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第五阈值且小于第六阈值(将所施加的此STT电流记为-Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为1，即实现1和0的或逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值，同时对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第七阈值且小于第八阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为1，即实现1和1的或逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值，同时对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第五阈值且小于第六阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为0，即实现0和0的或逻辑运算，逻辑运算结果为0。
表4或逻辑运算表
逻辑输入A 逻辑输入B A对应的SOT电流 B对应的STT电流 MTJ状态
0 1 -Isot(第一方向) +Istt(第四方向) 1
1 0 +Isot(第二方向) -Istt(第三方向) 1
1 1 +Isot(第二方向) +Istt(第四方向) 1
0 0 -Isot(第一方向) -Istt(第三方向) 0
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述磁隧道结的数据定义规则包括：
SOT电流的电流方向为第一方向，以及SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，则SOT电流表示1；SOT电流的电流方向为第二方向，以及SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，则SOT电流表示0；
无STT电流，则STT电流表示0；STT电流的电流方向为第三方向，以及STT电流的大小大于第十一阈值且小于第十二阈值，则STT电流表示1。
具体地，为了使SOT电流表示1，可以对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值；为了使SOT电流表示0，可以对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值。其中，第九阈值和第十阈值，根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。可理解的是第一方向与第二方向相反。
为了使STT电流表示0，可以不对所述磁隧道结施加STT电流；为了使STT电流表示1，可以对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十一阈值且小于第十二阈值。其中，第十一阈值和第十二阈值，根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。
例如，如图1所示的磁隧道结结构，横向电流为SOT电流，纵向电流为STT电流，第一方向为-X方向，第二方向为+X方向，第三方向为-Z方向。
为了方便后续描述，将SOT电流的电流方向为第一方向，以及SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，则SOT电流表示1；SOT电流的电流方向为第二方向，以及SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，则SOT电流表示0；无STT电流，则STT电流表示0；STT电流的电流方向为第三方向，以及STT电流的大小大于第十一阈值且小于第十二阈值，则STT电流表示1，称为数据定义规则3。
基于数据定义规则3和状态定义规则1，可以实现或(OR)逻辑计算。如表5所示，如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值(将所施加的此SOT电流记为-Isot)，且不对所述磁隧道结施加STT电流，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为1，即实现1和0的或逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值(将所施加的此SOT电流记为+Isot)，并对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，且施加的STT电流的电流大小大于第十一阈值且小于第十二阈值(将所施加的此STT电流记为-Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为1，即实现0和1的或逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，且不对所述磁隧道结施加STT电流，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为0，即实现0和0的或逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，并对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，且施加的STT电流的电流大小大于第十一阈值且小于第十二阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为1，即实现1和1的或逻辑运算，逻辑运算结果为1。
表5或逻辑运算表
逻辑输入A 逻辑输入B A对应的SOT电流 B对应的STT电流 MTJ状态
1 0 -Isot(第一方向) 无 1
0 1 +Isot(第二方向) -Istt(第三方向) 1
0 0 +Isot(第二方向) 无 0
1 1 -Isot(第一方向) -Istt(第三方向) 1
基于数据定义规则3和状态定义规则2，可以实现或非(NOR)逻辑计算。如表6所示，如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值(将所施加的此SOT电流记为-Isot)，且不对所述磁隧道结施加STT电流，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为0，即实现1和0的或非逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值(将所施加的此SOT电流记为+Isot)，并对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，且施加的STT电流的电流大小大于第十一阈值且小于第十二阈值(将所施加的此STT电流记为-Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为0，即实现0和1的或非逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，且不对所述磁隧道结施加STT电流，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为1，即实现0和0的或非逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，并对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，且施加的STT电流的电流大小大于第十一阈值且小于第十二阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为0，即实现1和1的或非逻辑运算，逻辑运算结果为0。
表6或非逻辑运算表
Figure BDA0003269773890000121
Figure BDA0003269773890000131
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述磁隧道结的数据定义规则包括：
SOT电流的电流方向为第一方向，以及SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，则SOT电流表示0；SOT电流的电流方向为第二方向，以及SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，则SOT电流表示1；
无STT电流，则STT电流表示1；STT电流的电流方向为第三方向，以及STT电流的大小大于第十一阈值且小于第十二阈值，则STT电流表示0。
具体地，为了使SOT电流表示0，可以对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值；为了使SOT电流表示1，可以对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值。其中，第九阈值和第十阈值，根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。可理解的是第一方向与第二方向相反。
为了使STT电流表示1，可以不对所述磁隧道结施加STT电流；为了使STT电流表示0，可以对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十一阈值且小于第十二阈值。其中，第十一阈值和第十二阈值，根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。
例如，如图1所示的磁隧道结结构，横向电流为SOT电流，纵向电流为STT电流，第一方向为-X方向，第二方向为+X方向，第三方向为-Z方向。
为了方便后续描述，将SOT电流的电流方向为第一方向，以及SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，则SOT电流表示0；SOT电流的电流方向为第二方向，以及SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，则SOT电流表示1；无STT电流，则STT电流表示1；STT电流的电流方向为第三方向，以及STT电流的大小大于第十一阈值且小于第十二阈值，则STT电流表示0，称为数据定义规则4。
基于数据定义规则4和状态定义规则1，可以实现与非(NAND)逻辑计算。如表7所示，如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值(将所施加的此SOT电流记为-Isot)，且不对所述磁隧道结施加STT电流，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为1，即实现0和1的与非逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值(将所施加的此SOT电流记为+Isot)，并对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，且施加的STT电流的电流大小大于第十一阈值且小于第十二阈值(将所施加的此STT电流记为-Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为1，即实现1和0的与非逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，且不对所述磁隧道结施加STT电流，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为0，即实现1和1的与非逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，并对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，且施加的STT电流的电流大小大于第十一阈值且小于第十二阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为1，即实现0和0的与非逻辑运算，逻辑运算结果为1。
表7与非逻辑运算表
逻辑输入A 逻辑输入B A对应的SOT电流 B对应的STT电流 MTJ状态
0 1 -Isot(第一方向) 无 1
1 0 +Isot(第二方向) -Istt(第三方向) 1
1 1 +Isot(第二方向) 无 0
0 0 -Isot(第一方向) -Istt(第三方向) 1
基于数据定义规则4和状态定义规则2，可以实现与(AND)逻辑计算。如表8所示，如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值(将所施加的此SOT电流记为-Isot)，且不对所述磁隧道结施加STT电流，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为0，即实现0和1的与逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值(将所施加的此SOT电流记为+Isot)，并对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，且施加的STT电流的电流大小大于第十一阈值且小于第十二阈值(将所施加的此STT电流记为-Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为0，即实现1和0的与逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果对所述磁隧道结施加第二方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，且不对所述磁隧道结施加STT电流，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为1，即实现1和1的与逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第九阈值且小于第十阈值，并对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，且施加的STT电流的电流大小大于第十一阈值且小于第十二阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为0，即实现0和0的与逻辑运算，逻辑运算结果为0。
表8与逻辑运算表
逻辑输入A 逻辑输入B A对应的SOT电流 B对应的STT电流 MTJ状态
0 1 -Isot(第一方向) 无 0
1 0 +Isot(第二方向) -Istt(第三方向) 0
1 1 +Isot(第二方向) 无 1
0 0 -Isot(第一方向) -Istt(第三方向) 0
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述磁隧道结的数据定义规则包括：
SOT电流的电流方向为第一方向，以及SOT电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值，则SOT电流表示1；无SOT电流，则SOT电流表示0；
STT电流的电流方向为第三方向，以及STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，则STT电流表示1；STT电流的电流方向为第四方向，以及STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，则STT电流表示0。
具体地，为了使SOT电流表示1，可以对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值；为了使SOT电流表示0，可以不对所述磁隧道结施加SOT电流。其中，第十三阈值和第十四阈值根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。
为了使STT电流表示1，可以对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值；为了使STT电流表示0，可以对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值。其中，第十五阈值和第十六阈值根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。可理解的是，第三方向和第四方向相反。
例如，如图1所示的磁隧道结结构，横向电流为SOT电流，纵向电流为STT电流，第一方向为-X方向，第三方向为-Z方向，第四方向为+Z方向。
为了方便后续描述，将SOT电流的电流方向为第一方向，以及SOT电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值，则SOT电流表示1；无SOT电流，则SOT电流表示0；STT电流的电流方向为第三方向，以及STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，则STT电流表示1；STT电流的电流方向为第四方向，以及STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，则STT电流表示0，称为数据定义规则5。
基于数据定义规则5和状态定义规则1，可以实现或(OR)逻辑计算。如表9所示，如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值(将所施加的此SOT电流记为-Isot)，并对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值(将所施加的此STT电流记为+Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为1，即实现1和0的或逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果不对所述磁隧道结施加SOT电流，而对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值(将所施加的此STT电流记为-Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为1，即实现0和1的或逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果不对所述磁隧道结施加SOT电流，而对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为0，即实现0和0的或逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值，并对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为1，即实现1和1的或逻辑运算，逻辑运算结果为1。
表9或逻辑运算表
逻辑输入A 逻辑输入B A对应的SOT电流 B对应的STT电流 MTJ状态
1 0 -Isot(第一方向) +Istt(第四方向) 1
0 1 无 -Istt(第三方向) 1
0 0 无 +Istt(第四方向) 0
1 1 -Isot(第一方向) -Istt(第三方向) 1
基于数据定义规则5和状态定义规则2，可以实现或非(NOR)逻辑计算。如表10所示，如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值(将所施加的此SOT电流记为-Isot)，并对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值(将所施加的此STT电流记为+Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为0，即实现1和0的或非逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果不对所述磁隧道结施加SOT电流，而对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值(将所施加的此STT电流记为-Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为0，即实现0和1的或非逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果不对所述磁隧道结施加SOT电流，而对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为1，即实现0和0的或非逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值，并对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为0，即实现1和1的或非逻辑运算，逻辑运算结果为0。
表10或非逻辑运算表
逻辑输入A 逻辑输入B A对应的SOT电流 B对应的STT电流 MTJ状态
1 0 -Isot(第一方向) +Istt(第四方向) 0
0 1 无 -Istt(第三方向) 0
0 0 无 +Istt(第四方向) 1
1 1 -Isot(第一方向) -Istt(第三方向) 0
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述磁隧道结的数据定义规则包括：
SOT电流的电流方向为第一方向，以及SOT电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值，则SOT电流表示0；无SOT电流，则SOT电流表示1；
STT电流的电流方向为第三方向，以及STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，则STT电流表示0；STT电流的电流方向为第四方向，以及STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，则STT电流表示1。
具体地，为了使SOT电流表示0，可以对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值；为了使SOT电流表示1，可以不对所述磁隧道结施加SOT电流。其中，第十三阈值和第十四阈值根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。
为了使STT电流表示0，可以对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值；为了使STT电流表示1，可以对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值。其中，第十五阈值和第十六阈值根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。可理解的是，第三方向和第四方向相反。
例如，如图1所示的磁隧道结结构，横向电流为SOT电流，纵向电流为STT电流，第一方向为-X方向，第三方向为-Z方向，第四方向为+Z方向。
为了方便后续描述，将SOT电流的电流方向为第一方向，以及SOT电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值，则SOT电流表示0；无SOT电流，则SOT电流表示1；STT电流的电流方向为第三方向，以及STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，则STT电流表示0；STT电流的电流方向为第四方向，以及STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，则STT电流表示1，称为数据定义规则6。
基于数据定义规则6和状态定义规则1，可以实现与非(NAND)逻辑计算。如表11所示，如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值(将所施加的此SOT电流记为-Isot)，并对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值(将所施加的此STT电流记为+Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为1，即实现0和1的与非逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果不对所述磁隧道结施加SOT电流，而对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值(将所施加的此STT电流记为-Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为1，即实现1和0的与非逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果不对所述磁隧道结施加SOT电流，而对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为0，即实现1和1的与非逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值，并对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为1，即实现0和0的与非逻辑运算，逻辑运算结果为1。
表11与非逻辑运算表
逻辑输入A 逻辑输入B A对应的SOT电流 B对应的STT电流 MTJ状态
0 1 -Isot(第一方向) +Istt(第四方向) 1
1 0 无 -Istt(第三方向) 1
1 1 无 +Istt(第四方向) 0
0 0 -Isot(第一方向) -Istt(第三方向) 1
基于数据定义规则6和状态定义规则2，可以实现与(AND)逻辑计算。如表12所示，如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值(将所施加的此SOT电流记为-Isot)，并对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值(将所施加的此STT电流记为+Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为0，即实现0和1的与逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果不对所述磁隧道结施加SOT电流，而对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值(将所施加的此STT电流记为-Istt)，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为0，即实现1和0的与逻辑运算，逻辑运算结果为0。如果不对所述磁隧道结施加SOT电流，而对所述磁隧道结施加第四方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为低阻态，对应的值为1，即实现1和1的与逻辑运算，逻辑运算结果为1。如果对所述磁隧道结施加第一方向的SOT电流，并且施加的SOT电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值，并对所述磁隧道结施加第三方向的STT电流，并且施加的STT电流的电流大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，那么可以检测到所述磁隧道结状态为高阻态，对应的值为0，即实现0和0的与逻辑运算，逻辑运算结果为0。
表12与逻辑运算表
逻辑输入A 逻辑输入B A对应的SOT电流 B对应的STT电流 MTJ状态
0 1 -Isot(第一方向) +Istt(第四方向) 0
1 0 无 -Istt(第三方向) 0
1 1 无 +Istt(第四方向) 1
0 0 -Isot(第一方向) -Istt(第三方向) 0
图5是本发明一实施例提供的基于磁隧道结的数据处理装置的结构示意图，如图5所示，本发明实施例提供的基于磁隧道结的数据处理装置包括施加模块501和获得模块502，其中：
施加模块501用于根据待运算数据以及磁隧道结的数据定义规则，对磁隧道结施加SOT电流和STT电流，并获取磁隧道结状态；其中，所述磁隧道结的数据定义规则是预设的；获得模块502用于根据所述磁隧道结状态以及状态定义规则，获得所述待运算数据的逻辑运算结果并存储；其中，所述状态定义规则是预设的。
具体地，施加模块501获取待运算数据，然后根据所述待运算数据以及磁隧道结的数据定义规则，对所述磁隧道结施加SOT电流和STT电流，然后读取磁隧道结状态。其中，所述磁隧道结的数据定义规则是预设的，所述磁隧道结的数据定义规则中设置了SOT电流与0、1之间的对应关系，以及STT电流与0、1之间的对应关系。所述待运算数据为二进制数据。
在获得所述磁隧道结状态之后，获得模块502通过所述状态定义规则可以获得所述磁隧道结状态对应1还是0，从而获得所述待运算数据的逻辑运算结果，然后将所述逻辑运算结果存储起来，可以将所述逻辑运算结果存储到所述磁隧道结所在的MRAM。其中，所述状态定义规则是预设的。
本发明实施例提供的基于磁隧道结的数据处理装置，能够根据待运算数据以及磁隧道结的数据定义规则，对磁隧道结施加SOT电流和STT电流，并获取磁隧道结状态，根据磁隧道结状态以及状态定义规则，获得待运算数据的逻辑运算结果并存储，利用磁隧道结实现了逻辑运算。此外，能够使存储单元同时具备存储和计算功能。
本发明实施例提供的装置的实施例具体可以用于执行上述各方法实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述方法实施例的详细描述。
在可选的实施方式中，磁性随机访问存储器中的外加磁场可通过多种方式实现。具体的，可通过以下方式的至少之一形成外加磁场：
磁性随机访问存储器包括提供所述外加磁场或等效为所述外加磁场的磁场发生装置；
所述磁隧道结包括自上而下依次设置的固定层A3、势垒层A2和自由层A1，所述固定层A3、势垒层A2和自由层A1的至少之一的截面为梯形，用于提供所述外加磁场；
所述自旋轨道耦合层的材料为反铁磁材料，所述自旋轨道耦合层与所述自由层A1形成交换偏置场，用于提供所述外加磁场；
所述磁隧道结包括磁性材料层(例如Co层)，用于提供所述外加磁场；
所述磁隧道结具有能够形成形状各向异性场(不均匀退磁场)的形状，用于提供所述外加磁场。在一些实施方式中，磁隧道结可以采用长方形、椭圆形和等腰直角形等形状，以椭圆形为例，长轴方向退磁场弱与短轴方向，该退磁场可等效为外加磁场；
所述自由层A1具有梯度的垂直磁各向异性，用于提供所述外加磁场的等效磁场。具体的，在制作磁隧道结时，可将通过调节靶材的浓度，使得自由层A1拥有梯度的垂直磁各向异性，进一步破坏磁矩分布的对称性，可用于提供等效的外加磁场。此时，自由层A1仍可受DMI效应等界面交互作用和其他外加磁场的作用。
需要说明的是，可形成外加磁场的磁场发生装置或者等效装置为本领域的常规技术手段，本领域技术人员可根据需求灵活设置，在此不再赘述。另外，使固定层A3、势垒层A2和自由层A1的至少之一的截面为梯形、采用反铁磁材料与自由层A1形成交换偏置场以及设置磁性材料层等方式也可提供外加磁场。在实际应用中，还可以通过其他可行的方式形成外加磁场，本发明对此并不作限定。
在可选的实施方式中，磁性随机访问存储器包括读取电路和外围转换电路(编码、MUX、解码器等)。
在可选的实施方式中，磁隧道结可以包括多个自由层、势垒层、插入层等等。
在可选的实施方式中，磁隧道结的可用形状包括但不限制于椭圆、等腰三角形、长方形、菱形等形状。
对于垂直磁各向异性器件(如图1所示)，或者当单独使用SOT电流方向与面内磁各向异性器件的长轴平行时(如图2所示)，需要额外因素与SOT电流配合，包括但不限于：①与SOT同向的外部磁场②磁隧道结的铁磁层或者势垒层做成梯形结构③在制作磁隧道结时，可将通过调节靶材的浓度，使得自由层拥有梯度的垂直磁各向异性，进一步破坏磁矩分布的对称性④通过内置Co层等磁性材料，实现外磁场的等效效果④强自旋耦合层可以使用反铁磁材料，形成交换偏置场，替代外磁场的使用等等。
在优选的实施方式中，所述磁隧道结包括自上而下依次设置的固定层A3、势垒层A2和自由层A1。所述自由层A1的底面与所述自旋轨道耦合层固定连接。可以理解的是，磁隧道结的电阻取决于固定层A3与自由层A1的磁化方向，而自由层A1和固定层A3的磁化方向由磁矩方向决定。其中，固定层A3与自由层A1的磁矩方向相同时，磁隧道结处于低电阻状态(低阻态)，固定层A3与自由层A1的磁矩方向相反时，磁隧道结处于高电阻状态(高阻态)。可预先将磁隧道结的高电阻状态和低电阻状态分别与不同数据对应，例如，预先设定高电阻状态与数据“1”对应，低电阻状态与数据“0”对应，则通过读取电路向磁隧道结输入电流或电压，根据电流或电压的变化可以确定磁隧道结的阻态为高电阻状态还是低电阻状态的阻态，根据磁隧道结的阻态可确定该磁隧道结中存储的数据为“1”还是“0”。其中，高电阻状态和低电阻状态的范围确定为本领域的常用技术手段，本领域技术人员可根据公知常识确定磁隧道结高电阻状态和低电阻状态的阻值范围，本发明在此不再赘述。
磁隧道结还可包括插入层、钉扎层、种子层和封盖层等层结构的至少之一。其中，各层结构的设置可根据实际需求设置一层或多层，并且本领域技术人员可根据需求设置磁隧道结各层结构自上而下的设置顺序，本发明对此并不作限定。
可选的，自旋轨道耦合层上的磁隧道结的形状可以是立方体、圆柱体、正方体或椭圆柱体等形状中的任意一种。设置在自旋轨道耦合层上的至少一个磁隧道结的底面形状，即自由层A1的下表面与自旋轨道耦合层耦合。
优选的，自旋轨道耦合层可选用长方形，使自旋轨道耦合层的顶面面积大于设置在自旋轨道耦合层上的至少一个磁隧道结所占的面积，即使至少一个磁隧道结可以设于所述自旋轨道耦合层上，并使至少一个磁隧道结的外边缘位于所述自旋轨道耦合层的外边缘的内侧。其中，自旋轨道耦合层优选的可选用重金属条状薄膜或反铁磁条状薄膜。
需要说明的是，自旋轨道耦合层上的磁隧道结可以是一个也可以是多个，优选的可将多个磁隧道结设于同一条自旋轨道耦合层之上，能够实现对多个磁隧道结的一次性数据写入操作，可减小输入第一电流或第二电流的控制晶体管的数量，进而提高集成度和降低电路功耗。
在优选的实施方式中，磁性随机存储单元向自旋轨道耦合层和磁隧道结输入电流时可通过在自旋轨道耦合层和磁隧道结上设置电极输入，例如在磁隧道结顶部设置顶电极，在自旋轨道耦合层相对的两侧分别设置输入电极和输出电极。其中，优选的，电极的材料可采用钽Ta、铝Al、金Au或铜Cu中的任意一种。
优选的，自由层A1和固定层A3的材料可为铁磁金属，势垒层A2的材料可为氧化物。所述磁隧道结具有垂直磁各向异性，则表示形成磁隧道结的自由层A1和固定层A3的磁化方向沿垂直方向。其中，铁磁金属可为钴铁CoFe、钴铁硼CoFeB或镍铁NiFe等材料中的至少一种形成的混合金属材料，混合的金属材料的比例可以相同也可以不同。所述氧化物可为氧化镁MgO或氧化铝Al2O3等氧化物中的一种，用于产生隧穿磁阻效应。在实际应用中，铁磁金属和氧化物还可以采用其他可行的材料，本发明对此并不作限定。
磁隧道结的自由层A1与自旋轨道耦合层接触固定，可通过传统的离子束外延、原子层沉积或磁控溅射等方法将磁隧道结的各层和自旋轨道耦合层按照从下到上的顺序依次镀在衬底上，然后通过光刻、刻蚀等传统纳米器件加工工艺来制备形成多个磁隧道结。
在优选的实施方式中，所述自旋轨道耦合层为重金属薄膜、反铁磁薄膜或其他材料构成的自旋轨道耦合层。重金属薄膜或反铁磁薄膜可制成长方形，其顶面积优选的大于所有磁隧道结形成的轮廓的底面积，以能够设置一个或多个磁隧道结，磁隧道结的底面形状完全内嵌于重金属薄膜或反铁磁薄膜的顶面形状。优选的，所述自旋轨道耦合层的材料可以选用铂Pt、钽Ta或钨W等材料中的一种。在实际应用中，自旋轨道耦合层还可以采用其他可行的材料形成，本发明对此并不作限定。
在本实施例中，磁隧道结包括顶部的固定层A3、与自旋轨道耦合层接触的自由层A1以及设于所述固定层A3和所述自由层A1间的势垒层A2，磁隧道结为三层结构，只包括一个自由层A1。在其他实施例中，自由层A1可设置为多个，即两层以上的自由层A1。则磁隧道结包括顶部的固定层A3、多个自由层A1以及设于每相邻两层间的势垒层A2，最底层的自由层A1与所述自旋轨道耦合层接触设置。例如，在一个具体例子中，当包括两层自由层A1时，磁性存储单元结构可包括自旋轨道耦合层、依次设于所述自旋轨道耦合层上的第二自由层A1、势垒层A2、第一自由层A1、势垒层A2和固定层A3。
上述实施例阐明的装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为电子设备，具体的，电子设备例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
在一个典型的实例中电子设备具体包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述基于磁隧道结的数据处理方法的步骤。
下面参考图6，其示出了适于用来实现本申请实施例的电子设备600的实体结构示意图。
如图6所示，电子设备600包括中央处理单元(CPU)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM))603中的程序而执行各种适当的工作和处理。在RAM603中，还存储有系统600操作所需的各种程序和数据。CPU601、ROM602、以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。
以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡，调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装如存储部分608。
特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述基于磁隧道结的数据处理方法的步骤。
在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种基于磁隧道结的数据处理方法，其特征在于，包括：
根据待运算数据以及磁隧道结的数据定义规则，对磁隧道结施加自旋轨道矩电流和自旋转移矩电流，并获取磁隧道结状态；其中，所述磁隧道结的数据定义规则是预设的；
根据所述磁隧道结状态以及状态定义规则，获得所述待运算数据的逻辑运算结果并存储；其中，所述状态定义规则是预设的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁隧道结的数据定义规则包括：
自旋轨道矩电流的电流方向为第一方向，以及自旋轨道矩电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值，则自旋轨道矩电流表示1；自旋轨道矩电流的电流方向为第二方向，以及自旋轨道矩电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值，则自旋轨道矩电流表示0；其中，所述第三阈值大于所述第二阈值；
自旋转移矩电流的电流方向为第三方向，以及自旋转移矩电流的大小大于第五阈值且小于第六阈值，则自旋转移矩电流表示1；自旋转移矩电流的电流方向为第四方向，以及自旋转移矩电流的大小大于第七阈值且小于第八阈值，则自旋转移矩电流表示0；其中，所述第七阈值大于所述第六阈值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁隧道结的数据定义规则包括：
自旋轨道矩电流的电流方向为第一方向，以及自旋轨道矩电流的电流大小大于第一阈值且小于第二阈值，则自旋轨道矩电流表示0；自旋轨道矩电流的电流方向为第二方向，且自旋轨道矩电流的电流大小大于第三阈值且小于第四阈值，则自旋轨道矩电流表示1；其中，所述第三阈值大于所述第二阈值；
自旋转移矩电流的电流方向为第三方向，以及自旋转移矩电流的大小大于第五阈值且小于第六阈值，则自旋转移矩电流表示0；自旋转移矩电流的电流方向为第四方向，以及自旋转移矩电流的大小大于第七阈值且小于第八阈值，则自旋转移矩电流表示1；其中，所述第七阈值大于所述第六阈值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁隧道结的数据定义规则包括：
自旋轨道矩电流的电流方向为第一方向，以及自旋轨道矩电流的大小大于第九阈值且小于第十阈值，则自旋轨道矩电流表示1；自旋轨道矩电流的电流方向为第二方向，以及自旋轨道矩电流的大小大于所述第九阈值且小于所述第十阈值，则自旋轨道矩电流表示0；
无自旋转移矩电流，则自旋转移矩电流表示0；自旋转移矩电流的电流方向为第三方向，以及自旋转移矩电流的大小大于第十一阈值且小于第十二阈值，则自旋转移矩电流表示1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁隧道结的数据定义规则包括：
自旋轨道矩电流的电流方向为第一方向，以及自旋轨道矩电流的大小大于第九阈值且小于第十阈值，则自旋轨道矩电流表示0；自旋轨道矩电流的电流方向为第二方向，以及自旋轨道矩电流的大小大于所述第九阈值且小于所述第十阈值，则自旋轨道矩电流表示1；
无自旋转移矩电流，则自旋转移矩电流表示1；自旋转移矩电流的电流方向为第三方向，以及自旋转移矩电流的大小大于第十一阈值且小于第十二阈值，则自旋转移矩电流表示0。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁隧道结的数据定义规则包括：
自旋轨道矩电流的电流方向为第一方向，以及自旋轨道矩电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值，则自旋轨道矩电流表示1；无自旋轨道矩电流，则自旋轨道矩电流表示0；
自旋转移矩电流的电流方向为第三方向，以及自旋转移矩电流的大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，则自旋转移矩电流表示1；自旋转移矩电流的电流方向为第四方向，以及自旋转移矩电流的大小大于所述第十五阈值且小于所述第十六阈值，则自旋转移矩电流表示0。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁隧道结的数据定义规则包括：
自旋轨道矩电流的电流方向为第一方向，以及自旋轨道矩电流的电流大小大于第十三阈值且小于第十四阈值，则自旋轨道矩电流表示0；无自旋轨道矩电流，则自旋轨道矩电流表示1；
自旋转移矩电流的电流方向为第三方向，以及自旋转移矩电流的大小大于第十五阈值且小于第十六阈值，则自旋转移矩电流表示0；自旋转移矩电流的电流方向为第四方向，以及自旋转移矩电流的大小大于所述第十五阈值且小于所述第十六阈值，则自旋转移矩电流表示1。
8.根据权利要求2至7任一项所述的方法，其特征在于，所述状态定义规则包括：
若所述磁隧道结的自由层与所述磁隧道结的固定层的磁矩方向一致，则所述磁隧道结状态为低阻态，所述低阻态对应0；
若所述磁隧道结的自由层与所述磁隧道结的固定层的磁矩方向不一致，则所述磁隧道结状态为高阻态，所述高阻态对应1。
9.根据权利要求2至7任一项所述的方法，其特征在于，所述状态定义规则包括：
若所述磁隧道结的自由层与所述磁隧道结的固定层的磁矩方向一致，则所述磁隧道结状态为低阻态，所述低阻态对应1；
若所述磁隧道结的自由层与所述磁隧道结的固定层的磁矩方向不一致，则所述磁隧道结状态为高阻态，所述高阻态对应0。
10.一种基于磁隧道结的数据处理装置，其特征在于，包括：
施加模块，用于根据待运算数据以及磁隧道结的数据定义规则，对磁隧道结施加自旋轨道矩电流和自旋转移矩电流，并获取磁隧道结状态；其中，所述磁隧道结的数据定义规则是预设的；
获得模块，用于根据所述磁隧道结状态以及状态定义规则，获得所述待运算数据的逻辑运算结果并存储；其中，所述状态定义规则是预设的。
11.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至9任一项所述方法的步骤。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至9任一项所述方法的步骤。
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