DE112012000271T5

DE112012000271T5 - Ferromagnetische Einheit, die hohe Domänenwandgeschwindigkeiten gewährleistet

Info

Publication number: DE112012000271T5
Application number: DE112012000271T
Authority: DE
Inventors: Rolf Allenspach; Carl Zinoni
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2032-02-04
Also published as: GB2500832B; US9276196B2; US20130322151A1; GB201310338D0; CN103348411A; US20160148665A1; CN103348411B; WO2012110909A1; DE112012000271B4; GB2500832A; US9564197B2

Abstract

Die Erfindung ist auf eine ferromagnetisches Einheit (10) mit einer länglichen Struktur, die sich entlang einer Längsrichtung (11) erstreckt, gerichtet, das einen ferromagnetischen Werkstoff aufweist, wobei ein transversaler Querschnitt (20) des ferromagnetischen Werkstoffs senkrecht zu der Längsrichtung so entworfen ist, dass er eine Domänenwand-Geschwindigkeit über der Walker-Durchbruchgrenze des ferromagnetischen Werkstoffs gewährleistet. Insbesondere bildet wenigstens ein Abschnitt (21 bis 23) einer peripheren Kontur des ferromagnetischen Werkstoffs in dem transversalen Querschnitt (20) einen nicht-orthogonalen konvexen Aufbau. Die gesamte periphere Kontur kann z. B. ein (nicht-orthogonales) konvexes Polygon bilden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Spintronik-Einheiten auf der Grundlage einer Domänenwand wie etwa Leitungen, die einen ferromagnetischen Werkstoff aufweisen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Spintronik-Einheiten auf der Grundlage einer Domänenwand (DW) beruhen auf beweglichen Domänenwänden in begrenzten Geometrien wie etwa schmalen ferromagnetischen Leitungen. Je höher die Geschwindigkeit der Domänenwand ist, desto schneller sind diese Einheiten. Domänenwand-Geschwindigkeiten liegen üblicherweise im Bereich von 1 m/s bis 100 m/s und sind durch die Antriebsquelle und die Geometrie festgelegt. Wände werden durch magnetische Felder oder durch spinpolarisierte Ströme verschoben. Die Abhängigkeit der Domänenwand-Geschwindigkeit v vom Magnetfeld H ist üblicherweise durch die Mobilitätskurvenmodell-Beschreibung von Schryer und Walker [1] definiert. Bei verhältnismäßig geringen Feldern ist bekannt, dass die Geschwindigkeit linear mit dem Feld zunimmt v ~ H bis zu einem bestimmten Grenzfeld (das sogenannte „Walker-Durchbruchfeld” oder gleichbedeutend der „Walker-Durchbruchstrom” oder allgemeiner die „Walker-Durchbruchgrenze” (Walker-Breakdown-Limit)), bei dem die Wandgeschwindigkeit einen Spitzenwert erreicht. Gemäß diesem Modell wird die Domänenwand-Geschwindigkeit über diesem Feld turbulent, was zu einer Verringerung von v bei ansteigendem H führt, bis v bei großen Feldern wieder zunimmt [2]. Eine ähnliche Abhängigkeit gilt, wenn anstelle eines Felds ein spinpolarisierter Strom verwendet wird.
Eine Prototyp-Domänenwand-Einheit ist die magnetische Strecke (Racetrack) [3, 4], Alternativen sind Logikkonzepte wie etwa die magnetische Domänenwand-Logik von Cowburn [5]. Die Domänenwände, die mittels Strom oder Feld durch die Schaltung befördert werden, müssen in dem Umfang intakt bleiben, dass die beabsichtigte Logikoperation ausgeführt werden kann. Deswegen wird das angelegte Feld oder der angelegte Strom gering gehalten, um sicherzustellen, dass man in dem linearen Bereich der Mobilitätskurve bleibt und die Geschwindigkeiten demzufolge begrenzt bleiben.
Die Möglichkeit zum Manipulieren der dynamischen Antwort einer DW und zum Verbessern der DW-Geschwindigkeit jenseits der Walker-Durchbruchgrenze wurde vorgeschlagen. Die Realisierung einer praktischen Einheit [3, 8], die hohe DW-Geschwindigkeiten umsetzt, bleibt jedoch infolge der technologischen Komplexität oder infolge der mäßigen Geschwindigkeitssteigerung schwer fassbar.
Die Referenzen, die am Ende der vorliegenden Beschreibung angegeben werden, liefern nützliche Informationen in Bezug auf den technischen Hintergrund der vorliegenden Erfindung.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine ferromagnetische Einheit für eine Informations-Speicher- oder Verarbeitungsvorrichtung auf der Grundlage eines Spins mit einer langgestreckten Struktur bereit, die entlang einer Längsrichtung verläuft und einen ferromagnetischen Werkstoff aufweist, wobei ein Querschnittsabschnitt des ferromagnetischen Werkstoffs senkrecht zu der Längsrichtung so entworfen ist, dass er Domänenwand-Geschwindigkeiten bereitstellt, die wesentlich größer sind als eine Domänenwand-Geschwindigkeit, die an der Walker-Durchbruchgrenze des ferromagnetischen Werkstoffs erreicht wird.
In anderen Ausführungsformen kann die Einheit ein oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:

– der Querschnittsabschnitt ist so entworfen, dass er eine Wirbel- oder Gegenwirbelentstehung an Kanten des Querschnittsabschnitts im Wesentlichen verhindert;
– eine Dicke des ferromagnetischen Werkstoffs auf der Ebene einer oder mehrerer seitlicher Kanten des Querschnittabschnitts vorzugsweise über eine Breite von 10 bis 30 nm vermindert ist;
– wenigstens ein Abschnitt einer peripheren Kontur des ferromagnetischen Werkstoffs in dem transversalen Querschnitt einen nicht-orthogonalen konvexen Aufbau bildet;
– der ferromagnetische Werkstoff Stoffe (species) aufweist, die dem ferromagnetischen Werkstoff eine ferromagnetische Eigenschaft verleihen und wenigstens ein Abschnitt einer peripheren Kontur bei der Dichte der Stoffe einen nicht-orthogonalen konvexen Aufbau in dem transversalen Querschnitt bildet;
– der wenigstens eine Abschnitt der peripheren Kontur eine plankonvexe Form aufweist;
– eine periphere Kontur des ferromagnetischen Werkstoffs in Bezug auf eine mittlere Ebene der langgestreckten Struktur asymmetrisch ist;
– die periphere Kontur im Wesentlichen ein nahezu konvexes oder ein konvexes Polygon darstellt;
– der ferromagnetische Werkstoff weist eine magnetische Nickel-Eisen-Legierung auf;
– eine oder mehrere Seitenkanten der langgestreckten Struktur sind geschwächte oder spitz zulaufende Kanten;
– eine Dichte von Stoffen, die dem ferromagnetischen Werkstoff eine ferromagnetische Eigenschaft verleihen, ist in dem transversalen Querschnitt im Wesentlichen nicht gleichförmig; und
– die Einheit weist ferner chemische Stoffe auf, wie etwa darin implantierte Dotiermittel, die so angeordnet sind, dass wenigstens ein Abschnitt einer peripheren Kontur mit der Dichte der Stoffe, die die ferromagnetische Eigenschaft verleihen, einen nicht-orthogonalen konvexen Aufbau in dem transversalen Querschnitt bildet.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Erfindung als ein Verfahren zum Herstellen einer ferromagnetischen Einheit gemäß einer der oben angeführten Ausführungsformen umgesetzt.
In noch einem weiteren Aspekt ist die Erfindung als ein Verfahren zum Betreiben einer ferromagnetischen Einheit gemäß einer der oben angeführten Ausführungsformen ausgeführt, das einen Schritt zum Bewegen von Domänenwänden mit Geschwindigkeiten aufweist, die wesentlich größer sind als die Geschwindigkeit, die bei der Walker-Durchbruchgrenze des ferromagnetischen Werkstoffs erhalten wird.
Gemäß einem letzten Aspekt ist die Erfindung als eine Informations-Speicher- und Verarbeitungsvorrichtung auf der Grundlage von Spin ausgeführt, die die ferromagnetische Einheit nach einer der oben genannten Ausführungsformen aufweist.
Einheiten und Verfahren, die die vorliegende Erfindung ausführen, werden im Folgenden mittels nicht einschränkender Beispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG MEHRERER ZEICHNUNGSANSICHTEN
1 zeigt das Ergebnis von mikromagnetischen Simulationen von Domänenwandverschiebungen in Permalloy als eine zeitliche Funktion in einer schmalen Leitung mit rechtwinkligem (rote leere Kreise) und plankonvexem (schwarze gefüllte Kreise) Querschnitt, das Letztere nach erfindungsgemäßen Ausführungsformen. Der Querschnitt der bei der Simulation verwendeten Leitungsgeometrien ist in dem Nebenbild gezeigt; die rechtwinklige Leitung ist 80 nm breit und 5 nm dick.
2 ist eine vereinfachte 3D-Ansicht eines Teils einer ferromagnetischen Einheit gemäß Ausführungsformen;
3 zeigt einen entsprechenden Abschnitt des transversalen Querschnitts;
4 ist eine Dichtedarstellung von ferromagnetischen Stoffen in einer ferromagnetischen Einheit gemäß Ausführungsformen;
5 zeigt die entsprechende Dichtekontur zusammen mit Dichtekonturen von implantierten Stoffen gemäß Ausführungsformen;
die 6 bis 16 veranschaulichen verschiedene mögliche Formen von transversalen Querschnitten des ferromagnetischen Werkstoffs, die in Einheiten gemäß Ausführungsformen verwendet werden können;
17 ist eine vereinfachte Darstellung einer Informations-Speichervorrichtung auf der Grundlage von Spin, die eine Einheit gemäß Ausführungsformen der Erfindung umsetzt; und
18 ist eine schematische Darstellung von in Ausführungsformen erhaltenen Geschwindigkeiten v, die wesentlich größer sind als die für die Walker-Durchbruchgrenze erhaltene Geschwindigkeit v_WBL.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Als eine Einführung für die folgende Beschreibung wird der Kontext der vorliegenden Erfindung kurz umrissen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben sich mit der DW-Dynamik in breiten Permalloy-Leitungen (300 nm bis 900 nm) mit einer Dicke von 20 nm auseinandergesetzt, um die grundlegenden Mechanismen zu verstehen, die eine DW-Mobilität einschränken. Die Änderung in der DW-Struktur, die sich längs der Leitung entwickelt, wurde durch den magnetooptischen Kerr-Effekt aufgenommen, einer Technik, die in der Lage ist, das Magnetisierungssignal lokal zu erfassen, siehe z. B. Ref. [2]. Es wurde festgestellt, dass die Dynamik von Wirbel-DWs von der gegenwärtigen Beschreibung, d. h. der einer kompakten Entität, die sich längs der Leitung entwickelt, wesentlich abweicht. Mikromechanische Simulationen ermöglichten, die gemessene Mobilitätskurve zu reproduzieren und zu beweisen, dass die DW aus mehreren Teilstrukturen aufgebaut ist, wovon sich jede in einem anderen dynamischen Regime mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreitet und entwickelt.
Mit dem Einblick, der auf diese komplexe Dynamik gewonnen wurde, schlugen die Erfinder Strukturprofile vor und simulierten diese, die für Anwendungen mit schnellen Einheiten geeignet sind und die durch den Walker-Durchbruch eingeführten Grenzen überwinden.
Etwas genauer wurden mikromagnetische Simulationen an Nanoleitungen mit normgerechten rechtwinkligen Querschnitten ausgeführt. Bei Leitungen, die ausreichend breit waren, um Wirbelwände zu unterstützen, wurde festgestellt, dass ein kritischer Bestandteil, der eine Wandausbreitung bei Feldern über dem nominellen Walker-Durchbruch festlegt, die Wechselwirkung des Wirbelkerns mit den beiden halben Gegenwirbeln, die den Wirbelkern begleiten, die an den beiden („Seiten”-)Kanten der Leitung angeordnet sind, und der entsprechende Neuabgleich der magnetischen Energien (Austausch-, Dipolar- und Zeeman-Terme) darstellt.
Die Interaktion des Wirbelkerns mit den beiden halben Gegenwirbeln an den Kanten ist asymmetrisch. Für eine gegebene Symmetrie kann die Interaktion mit dem Gegenwirbel vor dem Wirbelkern (an der Vorderkante) energetisch günstig sein. Zwei vollkommen unterschiedliche Szenarien können dann unterschieden werden. Nachdem ein Wirbelkern auf die Kante auftrifft, kann er entweder reflektiert werden und wieder den Leitungsquerschnitt überqueren oder er kann in der Umgebung der Kante begrenzt bleiben, indem er unter der Wirkung des angelegten Felds (oder Stroms) an der Kante entlang gleitet. Wie realisiert werden kann, kann der zweite Prozess zu einer schnellen Wandausbreitung führen. Die Domänenwand verwendet nämlich das Präzessionsmoment, um eine hohe Geschwindigkeit zu erreichen, wohingegen in dem ersten Prozess der Wirbelkern der Oszillatordynamik unterliegt und die Vorwärtsbewegung gedämpft wird. Interessanterweise bewegt sich in dem zweiten Prozess der Hauptteil der Wand ohne eine relevante Spinstrukturänderung, selbst wenn man sich in einem Regime oberhalb des Walker-Durchbruchfelds befindet, wo eine chaotische oszillierende Wandbewegung a priori zu erwarten wäre. Die erhaltenen experimentellen Daten, die durch magnetooptische Kerr-Mikroskopie gewonnen wurden, haben die mikromagnetischen Simulationen an Permalloy-Leitungen mit einer Breite von 840 nm und einer von Dicke 20 nm bestätigt.
Somit könnte man die Tatsache ausnutzen wollen, dass wenn die Magnetisierung eines halben Gegenwirbels unverändert bleibt und der Wirbelkern demzufolge nicht reflektiert wird, der Abfall der Geschwindigkeit vermieden werden kann. Demzufolge wird an dieser Stelle vorgeschlagen, die Leitung und insbesondere ihren Querschnitt geometrisch zu strukturieren, so dass die Reflexion des Wirbelkerns an der Kante verhindert wird. Im Ergebnis werden Domänenwandgeschwindigkeiten v erreicht, die wesentlich größer sind als die Geschwindigkeit v_WBL, die für die Walker-Durchbruchgrenze erhalten wird. Wesentlich größere Geschwindigkeiten bedeuten üblicherweise v = fv_WBL, wobei f > 1,3, vorzugsweise f > 1,5, möglicherweise f > 2. Der exakte Faktor f, der erhalten wird, sollte von der präzisen Geometrie, die verwendet wird, abhängen (somit können höhere Werte angenommen werden). Im Folgenden sollen derartige Geschwindigkeiten zur Vereinfachung als „Geschwindigkeiten oberhalb der Walker-Durchbruchgrenze” oder sogar als „erhöhte Geschwindigkeiten” bezeichnet werden.
Dies kann in besonderem Maße erreicht werden dank eines Querschnittsprofils wie etwa eine plankonvexe Linsenform mit gerundeten Kanten. Wie im Folgenden genauer erläutert wird, sind alternative Geometrien möglich.
In dieser Hinsicht zeigt 1 die berechnete DW-Verlagerung als eine Funktion der Zeit in einer schmalen Leitung mit rechtwinkligem (rote leere Kreise) und dem plankonvexen (schwarze gefüllte Kreise) Querschnitt der ferromagnetischen Einheit bei ansonsten identischen Parametern und identischem Ansteuerfeld. Somit können Domänenwandbewegungen, die bei diesen beiden Profilen erreicht werden, verglichen werden. Der Querschnitt der Leitungsgeometrien, die bei der Simulation verwendet werden, ist in dem Nebenbild gezeigt; die rechtwinklige Leitung weist eine Breite von 80 nm und eine Dicke von 5 nm auf. Die Abmessungen, die für diese Simulation verwendet wurden, favorisieren eine querliegende Wand anstelle einer Wirbelwand.
Eine bemerkenswerte Beschleunigung der DW wird in der linsenförmigen Leitung im Vergleich zu dem rechtwinkligen Querschnitt beobachtet. Eine mögliche Erläuterung folgt: während der DW-Ausbreitung wird die Injektion des Gegenwirbelkerns in die Leitung durch die Entmagnetisierungsenergie an der Leitungskante verhindert. In der Leitung mit dem rechtwinkligen Profil muss die DW mehr als zwei vollständige Präzessionszyklen durchlaufen, bevor sie das Ende der simulierten Leitung erreicht, durch das Ausbreiten des Gegenwirbels, der an den Kanten längs der Leitungsbreite geschlossen wird.
Deswegen können gemäß dem Vorhergehenden erhöhte DW-Geschwindigkeiten offenkundig sowohl bei Wirbelwänden als auch bei transversalen Wänden beobachtet werden. Dies kann durch die Tatsache verstanden werden, dass auch die Bewegung von transversalen Wänden eine Umkehrung durch einen Gegenwirbel an den Leitungskanten beinhaltet [7]. Somit gilt das vorliegende Konzept (DW-Geschwindigkeiten vergrößern sich über die Grenze hinaus, die durch die Energetik in rechtwinkligen Wänden eingeführt wird) für beide Typen von DWs, wie es in Nanoleitungen angetroffen wird.
Im Übrigen könnten für einige Anwendungen (z. B. kleine Einheiten) schmale Leitungen, wie die für die Simulation von 1 verwendet werden (d. h. die transversale Wände aufweisen), bevorzugt sein.
Aufbauend auf dieser Beobachtung haben die Erfinder eine Vielzahl von neuartigen ferromagnetischen Einheiten ersonnen, die für Informations-Speicher- und Verarbeitungsvorrichtungen auf der Grundlage von Spin geeignet sind, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 13 beschrieben werden. Wie üblich weisen derartige ferromagnetische Einheiten 10 einen ferromagnetischen Werkstoff auf, z. B. eine magnetische Nickel-Eisen-Legierung und besitzen eine langgestreckte Struktur, z. B. eine Leitung, die sich über eine Längsrichtung 11 erstreckt, die hier so verwendet wird, dass sie mit der z-Achse des dargestellten Kartesischen Koordinatensystems zusammenfällt. Die Längsachse ist die Hauptachse der langgestreckten Struktur, siehe z. B. 2. Die x-Achse ist die vertikale Achse und y bezeichnet die seitliche oder transversale Achse. Das Bezugszeichen 1' bezeichnet ein umgesetztes Tripel von Einheitsvektoren.
Wie ersichtlich ermöglichen die dargestellten Einheiten die Bereitstellung von Domänenwand-Geschwindigkeiten, die über der Walker-Durchbruchgrenze (Walker-Breakdown-Limit) des ferromagnetischen Werkstoffs liegen, wodurch ein schneller Betrieb der Einheiten möglich wird. Um dies zu erreichen besteht die Grundidee darin, den transversalen Querschnitt 20 des ferromagnetischen Werkstoffs, d. h. senkrecht zur Längsachse (z-Achse) zu modifizieren. Wichtig ist, dass das modifizierte Querschnittsprofil 20 nicht notwendigerweise das der gesamten Struktur 10 ist. Es ist zunächst und vor allem der Querschnitt lediglich des ferromagnetischen Werkstoffs. Üblicherweise weist der transversale Querschnitt im Wesentlichen in der Längsrichtung denselben Mustertyp auf. Des Weiteren bleiben die Abmessungen und die Form des Musters im Wesentlichen dieselben (d. h. das Muster ist längs dieser Richtung konstant). Obwohl in diesem Zusammenhang häufig von einer „Längsrichtung” gesprochen wird, können ferromagnetische Einheiten wie hier beschrieben gleichzeitig Anwendungen in Informations-Speicher- und Verarbeitungsvorrichtungen auf der Grundlage von Spin als geradlinige Einheiten oder U-förmige Einheiten finden (siehe z. B. 17). Trotzdem behalten die ferromagnetischen Einheiten in allen Fällen eine langgestreckte Struktur, so dass es sinnvoll ist, von einer Längsrichtung zu sprechen; wobei der transversale Querschnitt ein Abschnitt senkrecht zu einer lokalen Längsrichtung ist. Eine typische Breite des transversalen Querschnitts beträgt wenigstens 30 nm und liegt vorzugsweise zwischen 100 nm und 1000 nm bei einer Höhe von wenigstens 3 nm, wobei sie vorzugsweise zwischen 5 nm und 30 nm liegt.
Wie zuvor erläutert kann die vorliegende Lösung so beschrieben werden, dass sie einen transversalen Querschnitt 20 bereitstellt, der so eingerichtet ist, dass er eine Wirbel- oder Gegenwirbelentstehung von den Kanten 21, 22 des querlaufenden Abschnitts 20 verhindert. Mit diesem Verständnis können viele praktische Lösungen vorgesehen werden. Trotzdem können unabhängig von der zugrunde liegenden Physik (Wirbelentstehung usw.) verschiedene praktische Ausführungsformen entworfen werden, wobei der transversale Abschnitt der Leitung modifiziert ist, um in der Praxis höhere Domänenwand-Geschwindigkeiten zu erreichen.
Eine Möglichkeit besteht z. B. darin, die Geometrie des Abschnitts 20 der gesamten Struktur 10, d. h. die äußere Hüllkurve (1 bis 3, 6 bis 8) direkt zu verändern. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, lediglich die Verteilung der Stoffe zu modifizieren, die dem Werkstoff die ferromagnetische Eigenschaft verleihen, unabhängig von der tatsächlichen Struktur der Einheit 10 (4, 5). In jedem Fall wird die Geometrie einer peripheren Kontur des ferromagnetischen Werkstoffs in Bezug auf die gewöhnlich verwendete stark symmetrische Leitung (d. h. ein rechtwinkliges Profil) verändert. Das wird im Folgenden genauer erläutert.
2 zeigt eine vereinfachte 3D-Ansicht einer ferromagnetischen Einheit 10 gemäß tatsächlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie erwähnt weist die Leitung eine im Allgemeinen langgestreckte Struktur auf, deren Hauptachse 11 mit der z-Achse zusammenfällt. Der transversale Querschnitt 20 ist die Schnittfläche der Leitung 10 mit einer Ebene 2, die senkrecht zur z-Achse verläuft. In diesem Beispiel weist der transversale Querschnitt 20 eine im Allgemeinen plankonvexe Form auf. Bei einem derartigen Profil ist die Dicke der Struktur zu einer Seitenkante hin (teilweise) reduziert, wobei ein eher glattes Profil beibehalten wird. Glattheit ist vorteilhaft, um eine übermäßige koerzitive Blockierung zu verhindern. Die Dickenverminderung zur Kante hin ändert die Energetik vollständig, da eine Entmagnetisierungsenergie bei geringeren Dicken stark erhöht ist. Zum Beispiel beträgt in 1 die Breite des spitz verlaufenden Kantenbereichs etwa 12 nm (die Dicke nimmt längs dieser 12 nm von 5 nm auf 1 nm ab). Eine geeignete Breite (bei verminderter Dicke) ist jene, die gleich oder größer als die Breite des (Gegen-)Wirbels ist, den das System im Betrieb abzulösen versucht. Der exakte Wert hängt vom gewählten Werkstoff ab, liegt jedoch üblicherweise nahe bei 20 nm, wobei ein typischer Bereich geeigneter Werte 10 bis 30 nm lautet.
3 zeigt eine entsprechende 2D-Ansicht des Abschnitts 20, wobei die z-Achse nun senkrecht zur Zeichnungsebene verläuft. Seitenkanten 21, 22 des Abschnitts 20 verlaufen schräg, d. h. um einen Winkel (≠ 90° oder 180°) in Bezug auf die transversalen Kanten 23, 24 geneigt. Ein Winkel beträgt üblicherweise 90° < α < 180°, wobei ein Wert 110° < α < 160° bevorzugt ist und ein Wert 120° < α < 150° stärker bevorzugt ist. Diese Werte ergeben üblicherweise in der Praxis Ergebnisse mit ansteigender Qualität.
In 3 bilden die Kanten 21 bis 24 einen konvexen Aufbau (jedoch nicht-orthogonal konvex): für jedes Paar von Punkten in den durch die Kanten 21 bis 24 gebildeten Konturen ist jeder Punkt auf einem Liniensegment, das dieses Paar verbindet, in denselben Konturen enthalten. Der dargestellte Kantenaufbau betrifft eine trapezförmige Form für den Abschnitt 20. Allgemeiner ausgedrückt ist eine plankonvexe Form zweckmäßig. Mit „allgemein plankonvexer Form” ist eine Form gemeint (z. B. die Kanten 21, 23, 22), in die eine plankonvexe Linie eingeschrieben werden kann. Die Dicke der Struktur ist demzufolge zu den Kanten hin vermindert, wobei ein glattes Profil beibehalten wird. Wie zuvor gesagt ermöglicht eine Glattheit übermäßige koerzitive Blockierung zu verhindern, wohingegen eine Dickenverminderung die Entmagnetisierungsenergie wesentlich vergrößert. Folglich können höhere DW-Geschwindigkeiten erreicht werden.
Allgemeiner ausgedrückt ist eine Verringerung der Dicke des ferromagnetischen Werkstoffs auf der Ebene einer oder mehrerer seitlicher Kanten (21, 22) des querliegenden Abschnitts eine ausreichende Bedingung, um die gewünschte technische Wirkung zu erreichen. Insbesondere sind Querschnitte, die ein (nicht-orthogonales) konvexes Polygon (wie z. B. 3) bilden, geeignete Formen.
Die Bedingung kann trotzdem auf das Vorhandensein einer Querschnittsgestalt 20 mit wenigstens einem Innenwinkel α gemindert werden, der so gewählt ist, dass 90° < α < 180° wie in 15 dargestellt, die bereits die gewünschte Wirkung bereitstellt. In dem Beispiel von 15 sind alle Winkel außer α rechte Winkel. Mit anderen Worten, ein Abschnitt der peripheren Kontur bildet einen nicht-orthogonalen konvexen Aufbau in dem querverlaufenden Abschnitt 20. Der Abschnitt der Kontur ist durch die Kanten 21''', 23''', 22''' gemeinsam mit dem (virtuellen) Liniensegment 25''' gebildet. Das Bereitstellen einer Kontur mit wenigstens einem Abschnitt hiervon, der einen nicht-orthogonalen konvexen Aufbau bildet, führt zu der gewünschten Dickenverringerung.
Weiterhin kann eine Querschnittsgestalt mit einem oder mehreren Innenwinkeln deutlich kleiner als 90° (≠ 90°) ebenfalls die gewünschte Wirkung bereitstellen. Die Bedingung wird z. B. bei dreieckigen Gestalten in einfacher Weise erfüllt, wie in 16 dargestellt. Dabei ergeben die dreieckigen Konturen einen konvexen Aufbau, der auf der Ebene der seitlichen Kanten 21, 22 einer verminderte Dicke aufweist. Trotzdem werden, sei es aus praktischen Gründen, wenigstens vier Kanten (Viereck) bevorzugt, die leichter maschinell zu bearbeiten sind. In diesem Fall weist das Polygon im Vergleich zu einem Rechteck eine geringere Symmetrie auf. Des Weiteren ermöglichen Vierecke die Aufrechterhaltung eines bestimmten Grads der Glattheit. Es wird angemerkt, dass ein Schneiden des Dreiecks von 16 auf der Ebene der virtuellen Linie 4 eine Querschnittsgestalt ergibt, die der von 3 ähnlich ist.
Zusammenfassend: Querschnitte mit wenigstens einem Innenwinkel a, wobei 90° < α < 180° wie in 15 dargestellt, oder mit einem oder mehreren Innenwinkeln, deutlich kleiner als 90° stellen die gewünschte Wirkung bereit. Demzufolge, und wie aus den Ausführungsformen (wenigstens) der 3, 15 oder 16 ersichtlich, handelt es sich bei einer Klasse von geeigneten Einheiten um eine Klasse, bei der wenigstens ein Abschnitt der Konturen des ferromagnetischen Werkstoffs einen (nicht-orthogonalen) konvexen Aufbau in dem querverlaufenden Abschnitt 20 realisiert.
Diese enthält zweckmäßig jene Einheiten, für die die gesamte periphere Kontur des ferromagnetischen Werkstoffs einen konvexen Aufbau darstellt (und wenigstens nicht vollständig orthogonal ist). Nun muss der transversale Querschnitt 20 kein perfekt konvexes Polygon wie in 16 dargestellt bilden. In diesem Beispiel verursacht der Winkel zwischen den Kanten 21' und 21'' (oder zwischen 22' und 22'') eine Nicht-Konvexität. Trotzdem bleibt die allgemeine Gestalt zum größten Teil konvex. Genauer gesagt sind die meisten proximalen Kantenpaare konvex. Somit ergibt 6 ein weiteres Beispiel, bei dem wenigstens ein Abschnitt einer peripheren Kontur des ferromagnetischen Werkstoffs einen (nicht-orthogonalen) konvexen Aufbau in dem transversalen Abschnitt 20 bildet. Es wird angenommen, dass derartige Formen geeignet sind, um die Einführung und Reflexion von Wirbeln/Gegenwirbeln von seitlichen Kanten des Querschnitts 20 verhindern.
Somit sind, wie oben unter Bezugnahme auf die 3 oder 6 erläutert, bevorzugte Gestalten plankonvex oder nahezu plankonvex. Diese Gestalten sind asymmetrisch in Bezug auf die mittlere (horizontale) Ebene 3 der Einheit.
Trotzdem ist in Varianten keine xz-Reflexionssymmetrie erforderlich wie in 14 oder 15 dargestellt.
Außerdem können in weiteren Varianten symmetrische Querschnitte (in Bezug auf die Hauptebene 3) vorgesehen sein, vorausgesetzt, dass wenigstens ein Abschnitt hiervon (z. B. eine Hälfte) einen konvexen Aufbau (z. B. plankonvex oder nahezu plankonvex) bildet, was eine verminderte seitliche Dicke zu Folge hat.
Bei den 7 bis 16 handelt es sich um Beispiele von möglichen Formen für die periphere Kontur des ferromagnetischen Werkstoffs in dem transversalen Querschnitt 20.
Zusammenfassend:

– In jedem Fall bildet wenigstens ein Abschnitt (z. B. der obere Abschnitt) der peripheren Kontur des ferromagnetischen Werkstoffs einen nicht-orthogonalen konvexen Aufbau, wodurch sich die verminderte Dicke an einer oder mehreren seitlichen Kanten ergibt, siehe z. B. 13 oder 15;
– Nicht alle Teilabschnitte müssen jedoch nicht-orthogonal konvex sein, siehe z. B. 13 oder 15;
– Die vollständige periphere Kontur kann einen konvexen Aufbau bilden, siehe die 3, 7 bis 9, 11 bis 13, 15 bis 16, der möglicherweise teilweise orthogonal ist, siehe 13 oder 15, wobei angemerkt wird, dass in einigen Fällen der Herstellungsprozess vereinfacht werden kann, indem einige der Kanten „orthogonal” gehalten werden;
– eine seitliche Symmetrie (xz-Reflexion) ist nicht systematisch erforderlich, siehe z. B. 14 oder 15, obwohl sie die Glattheit makroskopisch verbessert; und
– die periphere Kontur des ferromagnetischen Werkstoffs kann in Bezug auf die Hauptebene der Einheit asymmetrisch sein (wie in den 2 bis 8, 13 bis 16) oder nicht (9 bis 12), so dass plankonvexe oder bikonvexe Formen vorgesehen sein können;
– trotzdem muss das Abschnittsprofil nicht vollständig konvex sein, wobei nahezu konvexe Formen (6 oder 14) oder nahezu bikonvexe Formen (10) genügen können; und
– gerundete Kanten gewährleisten ebenfalls die gewünschte Wirkung, siehe die 7, 8, 11 und 13 (es ist keine geradlinige Kante erforderlich, obwohl diese einfacher zu bearbeiten ist).

Die gewünschten Formen der peripheren Kontur können auf verschiedene Arten erzielt werden. Wie gesagt besteht eine erste Möglichkeit darin, die Form der gesamten Struktur 10 direkt zu bearbeiten. Eine weitere Möglichkeit enthält das Modifizieren der Verteilung von Stoffen, die die ferromagnetische Eigenschaft dem ferromagnetischen Werkstoff verleihen, z. B. auf der Ebene der Seitenkanten.
In dem letzteren Fall sind bevorzugte Varianten jene, bei denen (wenigstens) ein Abschnitt einer peripheren Kontur der Dichte der Stoffe wie zuvor beschrieben einen nicht-orthogonalen konvexen Aufbau bildet. In dieser Hinsicht können die in den 3, 6 bis 16 dargestellten Konturen auch als eine äußerste Dichtekontur der ferromagnetischen Stoffe (anstelle der externen Umhüllung der Struktur 10) und das ungeachtet der tatsächlichen Form der Einheit empfunden werden. Da sich der ferromagnetische Werkstoff somit nicht über den vollständigen transversalen Querschnitt der Struktur erstecken muss, ist es verständlich, dass der transversale Abschnitt der länglichen Struktur nicht notwendigerweise eine verminderte Dicke an den Kanten aufweisen muss. Stattdessen könnte man versuchen, die Geometrie des reinen ferromagnetischen Werkstoffs zu modifizieren, um die gewünschte technische Wirkung zu erzielen.
In dieser Hinsicht ist die vorliegende Erfindung außerdem allgemein auf ein Verfahren zum Herstellen einer hier beschriebenen ferromagnetischen Einheit gerichtet. Dieses Verfahren kann insbesondere einen Schritt zum Modifizieren der Verteilung der ferromagnetischen Stoffe auf der Ebene einer oder mehreren Seitenkanten (wie etwa der Kanten 21, 22 in 3) aufweisen.
Diesbezüglich kann jeder Prozess verwendet werden, der zum Modifizieren der Verteilung dieser Stoffe geeignet ist. Folglich ist die Dichte von ferromagnetischen Stoffen (d. h. die Anzahl von Partikeln pro Volumeneinheit) in einem transversalen Abschnitt nicht gleichförmig. Sie verringert sich nämlich in der Richtung von Seitenkanten, um eine gewünschte Form zu zeichnen. Deswegen werden dichte Bereiche (die die gewünschte Form bilden) von Bereichen mit geringer Dichte unterschieden, die die dichten Bereiche in der Weise ergänzen, dass jedes praktische Profil, z. B. ein Rechteck, gebildet wird. Diese Situation ist in den 4 und 5 dargestellt.
4 zeigt schematisch eine Dichtedarstellung (freier Maßstab), die einer (nicht gleichförmigen) Verteilung von ferromagnetischen Stoffen entspricht. In dieser Graustufenfigur sind die Bereiche, die einen größeren Anteil von ferromagnetischen Stoffen aufweisen, dunkler dargestellt. Diese dichteren Bereiche haben effektiv eine Polygonform zur Folge, die jener von 3 ähnlich ist, was im Wesentlichen zu den gleichen Wirkungen führt.
Ein Modifizieren der Verteilung von ferromagnetischen Stoffen kann z. B. mittels zusätzlicher chemischer Stoffe (d. h. nichtmagnetischer Dotiermittel) erreicht werden, die so implantiert werden, dass sie die periphere Dichte der ferromagnetischen Partikel beeinflussen. In dieser Hinsicht stellt 5 schematisch Dichtekonturen der beiden Stoffe dar. Die Konturen C₀, C₁ und C₂ (glatte Linien) sind typische Konturen, die zu entsprechenden Dichtestufen P₀, P₁, P₂ der ferromagnetischen Stoffe gehören. Üblicherweise entspricht der Wert P₀ im Wesentlichen der Dichte von Stoffen in der Masse und P₂ = x₁P₁ = x₀P₀(0 < x₀ < x₁ < 1). In ähnlicher Weise sind c₀, c₁ und c₂ (gestrichelte Linien) Konturen, die zu Dichtestufen ρ₀, ρ₁, ρ₂ von implantierten Stoffen (oder Dotiermitteln) gehören, wobei ρ₂ = y₁ρ₁ = y₀ρ₀(0 < y₀ < y₁ < 1).
Bei allen oben genannten Ausführungsformen besteht die Idee darin, dass eine geeignete Geometrie des ferromagnetischen Querschnitts (z. B. mit einer verminderten Leitungsdicke oder der Dichte auf Ebene der Kanten) verwendet werden könnte, um die Entmagnetisierungsenergie zu den Kanten hin zu vergrößern.
Linsenförmige Strukturen können z. B. realisiert werden durch Verwendung von Schattenmasken, die in die Wachstumskammer eingesetzt werden, um die Wachstumsrate lokal zu ändern, wie durch eine Mehrschritt-Lithografie bei der Technik [6] der dynamischen Nano-Schablonen-Betriebsart verwendet wird, oder durch Formen des magnetischen Profils der Leitung durch Dotieren mit nichtmagnetischen Fremdstoffen. Derartige Techniken sind an sich bekannt.
Im Ergebnis nutzt die oben beschriebene Erfindung vorteilhaft die Tatsache, dass eine Domänenwand, die sich in einer weiten Struktur ausbreitet, einer radikalen Umwandlung unterzogen wird, da sich verschiedene Teile der DW in unterschiedlichen Dynamikbereichen ausbreiten, d. h. eine bedeutende Abweichung von dem angenommenen Konzept einer kompakten magnetischen Struktur, die sich über die Leitungslänge entwickelt. Diese Schlüsse werden aus einer kombinierten experimentellen und mikromagnetischen Simulationsstudie gezogen. Mit der gewonnenen Erkenntnis wird ein Konzept zum Erreichen von erhöhten Geschwindigkeiten auf der Grundlage von Modifikationen der Querschnittsstruktur vorgeschlagen, die Beiträge der magnetostatischen Energie abschwächt.
Es folgt eine kurze Beschreibung einiger der experimentellen und theoretischen Verfahren, die zum Bestätigen des oben genannten Konzepts verwendet werden.
Musterherstellung. Muster wurden auf einem Si-Wafer, der mit einem 5 nm dicken thermischen Oxid bedeckt ist, in zwei Bedampfungs- und Abziehschritten hergestellt.
Bei dem ersten Schritt wurden 20 nm Fe₂₀Ni₈₀ in Strukturen aufgedampft, die durch Elektronenstrahl-Lithografie definiert werden, und durch 3 nm Pt abgedeckt, um das Oxidieren des Ferromagneten zu verhindern, wenn er Luft ausgesetzt ist. Die Leitungen sind an einem Ende spitz zulaufend, um eine DW-Entstehung zu verhindern und enthalten an dem anderen Ende ein quadratisches Plättchen von 3,5 μm × 3,5 μm, um das Rücksetzfeld zu verringern. Ein zweiter Lithografieschritt wird verwendet, um die DW-Entstehungsbrücken, die aus 60 nm Pt hergestellt sind, zu definieren. Ein Stromimpuls wird durch diese Brücke gesendet, der von einem Magnetfeldimpuls begleitet wird, der ein Domänenwandpaar erzeugt. Ein koplanarer Wellenleiter, um Hochfrequenzimpulse zu befördern, wurde in einem Schritt der optischen Lithografie definiert und anschließend wurden 80 nm Au und 10 nm Ti durch Sputtern aufgebracht. Das Koezitivfeld des durchgehenden Films wurde mit 0,16 kA/m gemessen, während die strukturierte Leitung ein Koezitivfeld von 0,37 kA/m aufweist, was nahelegt, dass die Kantenrauigkeit, die durch die Strukturierung eingeführt wird, zu dem Koezitivfeld bedeutend beiträgt.
Mikromagnetische Simulationen. Die Simulationen erfolgten mit dem OOMMF-Code [9] an Leitungen mit einer Länge von 30 μm, einer Breite von 840 nm und einer Dicke von 20 nm, um die experimentelle Leitungsgeometrie vollständig zu reproduzieren, die für Messungen der Mobilitätskurven verwendet wurde. Die Zellengröße betrug 5 nm × 5 nm × 20 nm, die Werkstoffparameter waren jene von Permalloy Ni₈₀Fe₂₀ mit einer Austauschfestigkeit von A = 13 × 10–12 J/m, einer Magnetisierung von M_s = 730 kA/m und einer Dämpfungskonstante α = 0,01. Die Simulationen der Mobilitätskurve dauerten eine Woche, wobei sie parallel an 48 Einzel-Thread-Prozessen abliefen. Außerdem erfolgten zwei Voll-3D-Simulationen, um die 2D-Simulationen zu bestätigen, mit Zellengrößen von 5 nm × 5 nm × 6,7 nm und einer Leitungsdicke von 20,1 nm. Die beiden Ergebnisse zeigen eine sehr gute Übereinstimmung. Die Simulationen erfolgten außerdem für Leitungen ohne Kantendefekte, wobei sich eine Mobilitätskurve mit denselben Merkmalen und ähnlichen Geschwindigkeiten ergab, die jedoch längs der Feldachse verschoben war. Des Weiteren war der maximale Spinwinkel während beider Simulationen nicht größer als 40 Grad. Die linsenförmige Leitung (1, Nebenbild, oberes Profil) hatte eine Breite von 80 nm, eine Länge von 3 μm und eine Dicke von 5 nm in der Mitte bei einer Einheitszellengröße von 1 nm × 1 nm × 1 nm. Diese Simulation belegte 6 GB Speicher und lief etwa 10 Tage lang mit vier Threads auf einem übertakteten Intel-i7-Prozessor.
Die vorliegende Erfindung ist ferner auf eine Informations-Speicherungs- oder Verarbeitungsvorrichtung auf der Grundlage von Spin gerichtet. Zum Beispiel ist eine auf Domänenwand gestützte Prototyp-Vorrichtung, die eine ferromagnetische Einheit wie die oben beschriebene vorteilhaft umsetzen kann, eine magnetische Strecke wie in den Referenzen [3, 4] beschrieben. 17 zeigt ein derartiges Konzept, bei dem die Vorrichtung 100 eine ferromagnetische Einheit 10 wie oben beschrieben aufweist.
Allgemeiner können viele Vorrichtungen auf der Grundlage einer Domänenwandausbreitung (und die insbesondere eine schnelle Domänenwandbewegung erfordern) aus der Einheit der Erfindung einen Nutzen ziehen. Alternative Vorrichtungen sind logische Konzepte wie etwa die in der Referenz [5, 10] beschriebene Logik der magnetischen Domänenwand. Das letztere Konzept weist Domänenwand-Logikschaltungen auf, siehe z. B. Tabelle 1 oder komplexere Schaltungen siehe z. B. 1 oder 2 der Referenz [5]. Derartige Schaltungen könnten aus den vorliegenden Querschnittsprofilen einen Nutzen ziehen, die bewirken, dass sich die Wände schneller bewegen. Außerdem offenbart die Referenz [10], 1 einen typischen Schaltplan mit NOT-Gattern, der ebenfalls aus der vorliegenden Erfindung einen Nutzen ziehen könnte. Außerdem, und wie in der Einleitung erwähnt, müssen die Domänenwände, die mittels eines Stroms oder eines Felds durch die Schaltung schnell hin- und herbewegt werden, soweit intakt bleiben, dass die beabsichtigte logische Operation ausgeführt werden kann. Während in typischen Vorrichtungen nach dem Stand der Technik das angelegte Feld oder der angelegte Strom niedrig gehalten wird, um ein lineares Regime zu gewährleisten, ermöglicht deswegen die Verwendung einer ferromagnetischen Einheit, wie die hier beschriebene, höhere Geschwindigkeiten zu erreichen.
17 stellt schematisch eine Informations-Speichervorrichtung 100 auf der Grundlage von Spin (in diesem Beispiel eine magnetische Stecke) dar. Diese Strecke verwendet wie oben beschrieben eine ferromagnetische Nanoleitung 10, d. h. der transversale Abschnitt 20 des ferromagnetischen Werkstoffs ist so entworfen, hier als eine plankonvexe Form, um Domänenwand-Geschwindigkeiten über der Walker-Durchbruchgrenze zu gewährleisten. Daten werden als ein Muster von magnetischen Domänen 201, 202, ... längs eines Abschnitts der Leitung codiert. Die Impulse 101 eines z. B. stark spinpolarisierten Stroms bewegen das gesamte Muster von DWs kohärent über die Länge der Leitung an Lese- und Schreibelementen 130, 120 vorbei, die auf einem Substrat 110 angeordnet sind. Die Nanoleitung ist üblicherweise doppelt so lang wie das gespeicherte DW-Muster, wodurch die DWs in jede Richtung bewegt werden können. Hier ist eine Vertikal-Konfiguration dargestellt, d. h. sie bietet eine hohe Speicherdichte, indem die Muster in der U-förmigen Leitung senkrecht zu der Ebene des Substrats 110 gespeichert werden. Die Darstellung von 17 veranschaulicht ein magnetisches Muster zu einem bestimmten Zeitpunkt, z. B. im Wesentlichen bevor es in dem linken Zweig des U nach unten bewegt wird.
Bei einer Variante verwendet eine Horizontal-Konfiguration eine Nanoleitung parallel zu der Ebene des Substrats 110 wie an sich bekannt ist. In jedem Fall können Arrays von Strecken auf einem Chip angeordnet werden, um einen Speicher mit hoher Speicherdichte zu ermöglichen.
Das Lesen 102 von Daten aus dem Muster kann angeordnet werden, indem die Tunnel-Magnetoresistenz eines magnetischen Tunnelübergangselements 130, das mit der Strecke verbunden ist, gemessen wird. Das Schreiben von Daten kann z. B. erreicht werden durch die Streufelder einer DW, die in einer zweiten ferromagnetischen Nanoleitung 120 bewegt wird, die im rechten Winkel zu der Speicher-Nanoleitung ausgerichtet ist.
18 ist schließlich eine schematische Darstellung von Geschwindigkeiten v, die in vorliegenden Ausführungsformen erhalten werden (”v_Present”, glatte Linie), gegenüber Geschwindigkeiten, die üblicherweise in dem Walker-Modell (gestrichelte Linie) bei einem ansonsten identischen Kontext erhalten werden. Wie dargestellt sind die vorliegenden DW-Geschwindigkeiten bedeutend größer als die Geschwindigkeit v_WBL, die für die Walker-Durchbruchgrenze erhalten wird. Üblicherweise gilt v = fv_WBL, wobei f > 1.3, vorzugsweise f > 1.5, möglicherweise f > 2, wobei der genaue Wert von f von der spitz zulaufenden Geometrie abhängt.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für einen Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen gemacht und Entsprechungen ersetzt werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem können viele Modifikationen ausgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder einen bestimmten Werkstoff an die Erkenntnisse der vorliegenden Erfindung anzupassen, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Es ist deshalb vorgesehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die offenbarte bestimmte Ausführungsform beschränkt sein soll, sondern dass die vorliegende Erfindung alle Ausführungsformen enthalten soll, die in den Umfang der angefügten Ansprüche fallen. Wie in der Technik bekannt, können zum Beispiel andere ferromagnetische Werkstoffe als magnetische Nickel-Eisen-Legierungen zugrunde gelegt werden.
Neben den oben angegebenen Referenzen sind nachfolgend zusätzliche Referenzen aufgeführt, die nützliche Informationen in Bezug auf den technischen Hintergrund der vorliegenden Erfindung liefern können.
Referenzen

1. Schryer, N. L. & Walker, L. R., J. Appl. Phys. 45, 5406–5421 (1974).
2. Beach, G. S. D., Nistor, C., Knutson, C., Tsoi, M. & Erskine, J. L. Nature Mater. 4, 741–744 (2005).
3. Parkin, S. S. P., Hayashi, M. & Thomas, L. Science 320, 190–194 (2008).
4. Parkin, S. S. P., US-Patente 6.834.005 ; 6.898.132 ; 6.920.062 ; 7.031.178 ; und 7.236.386 .
5. Allwood, D. A., Xiong, G., Faulkner, C. C., Atkinson, D., Petit, D., & Cowburn R. P. Science 309, 1688 (2005).
6. Gross, L., Schlittler, R. R., Meyer, G., Vanhaverbeke, A. & Allenspach, R. Appl. Phys. Lett. 90, 093121 (2007).
7. Vanhaverbeke, A., Bischof, A., & Allenspach, R. Phys. Rev. Lett. 101, 107202 (2008).
8. Allwood, D. A. et al. Science 296, 2003–2006 (2002).
9. M. J. Donahue & D. G. Porter National Institute of Standards and Technology Interagency Report No. NISTIR 6376 (1999).
10. WO 03083874 A1

Zusätzliche Referenzen

1. Cowburn, R. & Petit, D. Nature Mater. 4, 721–722 (2005).
2. Malozemoff, A. P. & Slonczewski, J. C. Magnetic domain walls in bubble materials. (Academic, New York, 1979).
3. Nakatani, Y., Thiaville, A. & Miltat, J. Nature Mater. 2, 521–523 (2003).
4. Glathe, S., Berkov, I., Mikolajick, T. & Mattheis, R. Appl. Phys. Lett. 93, 162505 (2008).
5. Seo, S., Lee, K., Jung, S. & Lee, H. Appl. Phys. Lett. 97, 032507 (2010).
6. Bryan, M. T., Schrefl, T., Atkinson, D. & Allwood, D. A. J. Appl. Phys. 103, 073906 (2008).
7. Kunz, A. & Reiff, S. C. Appl. Phys. Lett. 93, 082503 (2008).
8. Weerts, K., Van Roy, W., Borghs, G. & Lagae, L. Appl. Phys. Lett. 96, 062502 (2010).
9. You, C-Y. Appl. Phys. Lett. 92, 152507 (2008).
10. Lee, J.-Y., Lee, K.-S. & Kim, S.-K. Appl. Phys. Lett. 91, 122513 (2007).
11. Nakatani, Y., Thiaville, A. & Miltat, J. J. Magn. Magn. Mater. 290–291, 750–753 (2005).
12. Hayashi, M., Thomas, L., Rettner, C., Moriya, R. & Parkin, S. S. P. Nature Phys. 3, 21–25 (2007).
13. Lee, J.-Y., Lee, K.-S., Choi, S., Guslienko, K. Y. & Kim, S.-K. Phys. Rev. B 76, 184408 (2007).
14. Min, H., McMichael, R. D. Donahue, M. J., Miltat, J. & Stiles, M. D. Phys. Rev. Lett. 104, 217201 (2010).
15. Weerts, K., Neutens, P., Lagae, L. & Borghs, G. J. Appl. Phys. 103, 094307 (2008).
16. Lewis, E. R., Petit, D., O'Brien, L., Fernandez-Pacheco, A., Sampaio, J., Jausovec, A-V., Zeng, H. T., Read, D. E., & Cowburn, R. P. Nature Mater. 9, 980–983 (2010).

Claims

Ferromagnetische Einheit (10) für eine Informations-Speicher- oder Verarbeitungsvorrichtung auf der Grundlage von Spin mit einer länglichen Struktur, die sich entlang einer Längsrichtung (11) erstreckt, die einen ferromagnetischen Werkstoff aufweist, wobei ein transversaler Querschnitt (20) des ferromagnetischen Werkstoffs senkrecht zu der Längsrichtung so entworfen ist, dass er Domänenwand-Geschwindigkeiten gewährleistet, die wesentlich größer sind als eine Domänenwand-Geschwindigkeit, die an der Walker-Durchbruchgrenze des ferromagnetischen Werkstoffs erreicht wird.
Ferromagnetische Einheit nach Anspruch 1, wobei der transversale Querschnitt so entworfen ist, dass er eine Wirbel- oder Gegenwirbelentstehung an Kanten (21, 22) des transversalen Querschnitts im Wesentlichen verhindert.
Ferromagnetische Einheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Dicke des ferromagnetischen Werkstoffs auf der Ebene einer oder mehreren Seitenkanten (21, 22) des transversalen Querschnitts (20) vorzugsweise über eine Breite von 10 bis 30 nm vermindert ist.
Ferromagnetische Einheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei wenigstens ein Abschnitt (21 bis 23; 23 bis 22; 21 bis 23) einer peripheren Kontur des ferromagnetischen Werkstoffs in dem transversalen Querschnitt einen nicht-orthogonalen konvexen Aufbau bildet.
Ferromagnetische Einheit nach Anspruch 4, wobei der ferromagnetische Werkstoff Stoffe (30) aufweist, die dem ferromagnetischen Werkstoff eine ferromagnetische Eigenschaft verleihen, und wenigstens ein Abschnitt (21 bis 23; 23 bis 22; 21 bis 23) einer peripheren Kontur der Dichte dieser Stoffe in dem transversalen Querschnitt einen nicht-orthogonalen konvexen Aufbau bildet.
Ferromagnetische Einheit nach Anspruch 4 oder 5, wobei der wenigstens eine Abschnitt der peripheren Kontur eine plankonvexe Form aufweist.
Ferromagnetische Einheit nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei eine periphere Kontur des ferromagnetischen Werkstoffs in Bezug auf eine Hauptebene (3) der länglichen Struktur asymmetrisch ist.
Ferromagnetische Einheit nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die periphere Kontur im Wesentlichen ein nahezu konvexes oder ein konvexes Polygon bildet.
Ferromagnetische Einheit nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der ferromagnetische Werkstoff eine magnetische Nickel-Eisen-Legierung aufweist.
Ferromagnetische Einheit nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei eine oder mehreren Seitenkanten (21, 23) der länglichen Struktur verdünnte oder spitz zulaufende Kanten sind.
Ferromagnetische Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Dichte von Stoffen, die dem ferromagnetischen Werkstoff eine ferromagnetische Eigenschaft verleihen, in dem transversalen Querschnitt (20) im Wesentlichen nicht gleichförmig ist.
Ferromagnetische Einheit nach Anspruch 1, wobei die Einheit ferner chemische Stoffe wie etwa darin implantierte Dotiermittel aufweist, die so eingerichtet sind, dass wenigstens ein Abschnitt einer peripheren Kontur (C₀) der Dichte dieser Stoffe, die die ferromagnetische Eigenschaft verleihen, in dem transversalen Querschnitt (20) einen nicht-orthogonalen konvexen Aufbau bildet.
Verfahren zum Herstellen einer ferromagnetischen Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Verfahren zum Betreiben einer ferromagnetischen Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das einen Schritt zum Bewegen von Domänenwänden bei Geschwindigkeiten aufweist, die wesentlich größer sind als die Geschwindigkeit, die an der Walker-Durchbruchgrenze des ferromagnetischen Werkstoffs erreicht wird.
Informations-Speicher- und Verarbeitungsvorrichtung (100) auf der Grundlage von Spin, die die ferromagnetische Einheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.