TW202025528A - 電場控制奈米磁鐵及包含其的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體 - Google Patents

電場控制奈米磁鐵及包含其的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體 Download PDF

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Abstract

本揭露提供一電場控制奈米磁鐵及包含其的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體(SOT-MRAM)。其中，電場控制奈米磁鐵包括：一第一自旋霍爾材料層，包括一第一自旋霍爾材料；一第二自旋霍爾材料層，包括一第二自旋霍爾材料；以及一第一磁性材料層，設置在第一自旋霍爾材料層及第二自旋霍爾材料間；其中，第一自旋霍爾材料及第二自旋霍爾材料實質上彼此鏡像對稱。

Description

電場控制奈米磁鐵及包含其的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機 存取記憶體
本揭露關於一種電場控制奈米磁鐵及包含其的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體。
自旋轉移力矩(Spin-transfer-torque,STT)式磁阻式隨機存取記憶體(Magnetoresistive random access memory,MRAM)為一非揮發性、快速且高耐久性的記憶體。然而，有限的電子自旋轉換效率使其難以將臨界電流縮小至奈秒超快轉換。另一方面，自旋軌道矩式(spin-orbit torque,SOT)轉換可克服前述缺點。SOT或自旋霍爾(spin-Hall,SH)自旋-矩式產生的效率，特徵在於有效的自旋霍爾角度，其是由輸入電流密度Jc及所引起的自旋電流密度2e/ħ．Js間的比例來定義。在磁性元件的SOT及/或SH翻轉中，電子自旋轉換效率造成於自旋霍爾角度上的額外增強，一倍增因子l/t，其中l為磁性元件的線性尺寸，l為自旋軌道材料的厚度。對於強的Rashba自旋軌道耦合材料，電子電流至自旋電流的轉換效率可超過100%，而傳統的STT轉換效率為~50%。
即便效率增加，一般的垂直式磁鐵的SOT轉換需一破壞對稱性磁場來達到有效翻轉(deterministic switching)。其中，可透過外加一水平分量的磁場，或產生磁性物質介面上的交換場，來達到此目的。此外，一般自旋軌道自旋力矩的方向與垂直磁化方向垂直。因此，需克服整個異相場(anisotropy field)才能翻轉磁矩，而此為抗翻轉(anti-damping)STT翻轉所需的~20X以上。
為了解決這些問題，近來實驗發現在低對稱性的材料(WTe2)中可造成垂直分量自旋軌道力矩(perpendicular spin-orbit torque,p-SOT)。然而，在目前的材料系統中，面外的自旋軌道力矩仍遠小於水平分量力矩。因此，仍無法與目前的STT翻轉相匹配。
因此，目前亟需提供一種新穎的結構，其可提升p-SOT，以用於翻轉垂直異向性(perpendicular magnetic anisotropy,PMA)的MRAM上。
本揭露的一目的在於提供一種電場控制奈米磁鐵，其具有增強的垂直分量自旋軌道力(p-SOT)。
本揭露的另一目的在於提供一種自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體(SOT-MRAM)，其具有較低的垂直異向性(PMA)元件的臨界電流，以用於磁阻式隨機存取記憶體(magnetoresistive random access memory,MRAM)上。
為達成上述目的，本揭露的電場控制奈米磁鐵，包括：一第一自旋霍爾材料層，包括一第一自旋霍爾材料；一第二自旋霍爾材料層，包括一第二自旋霍爾材料；以及一第一磁性材料層，設置在第一自旋霍爾材料層及第二 自旋霍爾材料間；其中，第一自旋霍爾材料及第二自旋霍爾材料實質上彼此鏡像對稱。
本揭露提供的SOT-MRAM包括：一第一自旋霍爾材料層，包括一第一自旋霍爾材料；一第二自旋霍爾材料層，設置於第一自旋霍爾材料層上，其中第二自旋霍爾材料層包括一第二自旋霍爾材料；一第一磁性材料層，設置在第一自旋霍爾材料層及第二自旋霍爾材料間；一第三磁性材料層，設置在第二自旋霍爾材料層上；以及一絕緣層，設置在第二自旋霍爾材料層與第三磁性材料層間；其中，第一自旋霍爾材料及第二自旋霍爾材料實質上彼此鏡像對稱。
本揭露的其他特徵將透過詳細說明並參考圖式而更加清楚。
11‧‧‧第一自旋霍爾材料層
12‧‧‧第二自旋霍爾材料層
13‧‧‧第一磁性材料層
131‧‧‧鏡面
14‧‧‧第三自旋霍爾材料層
15‧‧‧第四自旋霍爾材料層
21‧‧‧第三磁性材料層
22‧‧‧絕緣層
23‧‧‧第四磁性材料層
24‧‧‧惰性材料層
31‧‧‧第五自旋霍爾材料層
32‧‧‧第六自旋霍爾材料層
33‧‧‧第二磁性材料層
1,3‧‧‧奈米磁鐵
A,B‧‧‧自旋霍爾
Ic‧‧‧水平方向電流
Is1,Is2‧‧‧自旋電流
X,Y,Z‧‧‧座標軸
+x,-x,+y,-y,+z‧‧‧自旋極化方向
圖1為本揭露實施例1的電場控制奈米磁鐵的示意圖。
圖2為本揭露實施例2的電場控制奈米磁鐵的示意圖。
圖3為本揭露實施例3的電場控制奈米磁鐵的示意圖。
圖4為本揭露實施例4的SOT-MRAM的示意圖。
圖5為本揭露實施例5的SOT-MRAM的示意圖。
圖6為本揭露實施例6的SOT-MRAM的示意圖。
圖7為本揭露實施例7的SOT-MRAM的示意圖。
圖8為本揭露實施例8的SOT-MRAM的示意圖。
圖9為本揭露實施例9的電場控制奈米磁鐵的示意圖。
以下係藉由具體實施例說明本揭露之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本揭露之其他優點與功效。本揭露亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可針對不同觀點與應用，在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。
應注意的是，在本文中，除了特別指明者之外，具備「一」元件不限於具備單一的該元件，而可具備一或更多的該元件。
再者，說明書與請求項中所使用的序數例如”第一”、”第二”等之用詞，以修飾請求項之元件，其本身並不意含及代表該請求元件有任何之前的序數，也不代表某一請求元件與另一請求元件的順序、或是製造方法上的順序，該些序數的使用僅用來使具有某命名的一請求元件得以和另一具有相同命名的請求元件能作出清楚區分。
此外，本說明書和請求項所提及的位置，例如”之上”、”上”、”上方”、”之下”、”下”或”下方”，可指所述兩元件直接接觸，或可指所述兩元件非直接接觸。
再者，本揭露不同實施例的特徵可重新組合而形成另一實施例。
實施例1
圖1為本實施例的電場控制奈米磁鐵的示意圖。
本實施例的電場控制奈米磁鐵包括：一第一自旋霍爾材料層11，包括一第一自旋霍爾材料；一第二自旋霍爾材料層12，包括一第二自旋霍爾材料；以及一第一磁性材料層13，設置在第一自旋霍爾材料層11及第二自旋霍爾材料層12間；其中，第一自旋霍爾材料及第二自旋霍爾材料實質上彼此鏡像對 稱。於本實施例中，第一自旋霍爾材料及第二自旋霍爾材料分別為一可產生垂直分量自旋軌道耦合力矩(p-SOT)的自旋霍爾材料。
如圖1所示，本實施例的奈米磁鐵具有一包含自旋霍爾/磁性/自旋霍爾材料的三明治結構。增強p-SOT並抑制水平分量SOT的關鍵因素在於，上下層的自旋霍爾材料(即第一自旋霍爾材料層11的第一自旋霍爾材料及第二自旋霍爾材料層12的第二自旋霍爾材料)彼此為鏡像對稱。當施加一水平方向電流Ic於此三明治結構時，第二自旋霍爾材料層12的第二自旋霍爾材料可造成一往-z方向流動的自旋電流Is2，並具有+z自旋極化方向；而第一自旋霍爾材料層11的第一自旋霍爾材料則會造成一往+z方向流動的自旋電流Is1，並具有+z自旋極化方向。由於第一自旋霍爾材料層11及第二自旋霍爾材料層12所產生的自旋電流以相反方向移動，但具有相同的面外(out-of-plane)自旋極化方向，故相較於已知的自旋霍爾/磁性結構，整體的自旋力矩為兩倍大。所得到的自旋電流會流入第一磁性材料層13而產生p-SOT。另一方面，第一及第二自旋霍爾材料的自旋電流會造成相反的平面自旋極化方向。當第一自旋霍爾材料層11與第二自旋霍爾材料層12彼此完美鏡像結構時，不需要的水平分量SOT會互相抵銷。此外，也可透過減少成長時間來改變自旋霍爾材料層的厚度，以達到自旋霍爾協助抗翻轉(anti-damping)的翻轉，以控制少部分的水平分量SOT。
實現產生p-SOT的三明治結構的關鍵在於，第一及第二自旋霍爾材料彼此為鏡像對稱。如圖1所示，當第一自旋霍爾材料層11與第二自旋霍爾材料層12彼此為鏡像對稱時，在第一自旋霍爾材料層11的鏡像對稱下，第二自旋霍爾材料層12中由水平方向電流Ic產生的自旋極化電流的+z分量仍為+z。然而， 第二自旋霍爾材料層12中的+x及+y分量，會變成第一自旋霍爾材料層11中的-x及-y分量。因此，在鏡像對稱下，只有面外分量(+z)存在。
於本實施例中，第一自旋霍爾材料層11與第二自旋霍爾材料層12的第一自旋霍爾材料及第二自旋霍爾材料的例子可分別包括WTe2、MoTe2、或其他自旋霍爾材料。第一磁性材料層13的鐵磁材料則可包含Fe、Ni、Co或其合金。例如，第一磁性材料層13的材料可包含CoFeB，且可選擇性的參雜其他金屬。
於本實施例中，第一及第二自旋霍爾材料可實質上彼此鏡像對稱。在此，「實質上彼此鏡像對稱」一詞是指「彼此完美鏡像對稱」或「彼此不完美鏡像對稱」。
於一態樣中，第一及第二自旋霍爾材料彼此完美鏡像對稱。
於另一態樣中，第一及第二自旋霍爾材料彼此可不完美鏡像對稱，只要第一及第二自旋霍爾材料最後得到的p-SOT不為0即可。當第一及第二自旋霍爾材料彼此不完美鏡像對稱時，並非所有的水平自旋軌道力矩會被抵銷。在此情形下，當本實施例的結構應用於SOT-MRAM時，剩餘的水平自旋軌道力矩可提供一翻轉自由磁性材料層的力。為了達到第一及第二自旋霍爾材料彼此不完美鏡像對稱，可使第一自旋霍爾材料層11及第二自旋霍爾材料層12的厚度不同，第一及第二自旋霍爾材料的成分不同，或第一及第二自旋霍爾材料的晶格不同。例如，當第一磁性材料層13成長於第一自旋霍爾材料層11上，再成長第二自旋霍爾材料層12於第一磁性材料層13上，由於第一磁性材料層13的材料不同於第一及第二自旋霍爾材料，故第一磁性材料層13的材料晶格不完全匹配於第一自旋霍爾材料層11的第一自旋霍爾材料的晶格，且第一磁性材料層13的材料晶格也不完全匹配於第二自旋霍爾材料層12的第二自旋霍爾材料的晶 格。於此情形下，在第一磁性材料層13與第一自旋霍爾材料層11或在第一磁性材料層13與第二自旋霍爾材料層12間介面的晶格不匹配，可達到第一及第二自旋霍爾材料彼此不完美鏡像對稱的目的。
實施例2
圖2為本實施例的電場控制奈米磁鐵的示意圖。本實施例的電場控制奈米磁鐵與實施例1的相似，除了本實施例的電場控制奈米磁鐵更包括一第三自旋霍爾材料層14，其中第一自旋霍爾材料層11位於第一磁性材料層13及第三自旋霍爾材料層14間，且第三自旋霍爾材料層14包括一第三自旋霍爾材料。在此，第三自旋霍爾材料為一可產生垂直分量自旋軌道耦合力矩(p-SOT)的自旋霍爾材料。第三自旋霍爾材料的例子可包括WTe2、MoTe2、或其他自旋霍爾材料。
於本實施例中，一自旋霍爾材料層(即，第二自旋霍爾材料層12)是設置在第一磁性材料層13上方，而兩自旋霍爾材料層(即，第一自旋霍爾材料層11與第三自旋霍爾材料層14)是設置在第一磁性材料層13下方。在此，第二自旋霍爾材料層12的第二自旋霍爾材料可實質上與第一自旋霍爾材料層11的第一自旋霍爾材料及/或第三自旋霍爾材料層14的第三自旋霍爾材料彼此鏡像對稱。
實施例3
圖3為本實施例的電場控制奈米磁鐵的示意圖。本實施例的電場控制奈米磁鐵與實施例2的相似，除了本實施例的電場控制奈米磁鐵更包括一第四自旋霍爾材料層15，其中第二自旋霍爾材料層12位於第一磁性材料層13及第四自旋霍爾材料層15間，第四自旋霍爾材料層15包括一第四自旋霍爾材料。在 此，第四自旋霍爾材料為一可產生垂直分量自旋軌道耦合力矩(p-SOT)的自旋霍爾材料。第四自旋霍爾材料的例子可包括WTe2、MoTe2、或其他自旋霍爾材料。
於本實施例中，兩自旋霍爾材料層(即，第二自旋霍爾材料層12與第四自旋霍爾材料層15)是設置在第一磁性材料層13上方，而另外兩自旋霍爾材料層(即，第一自旋霍爾材料層11與第三自旋霍爾材料層14)是設置在第一磁性材料層13下方。在此，第一自旋霍爾材料層11之第一自旋霍爾材料及第二自旋霍爾材料層12之第二自旋霍爾材料實質上彼此鏡像對稱，而第三自旋霍爾材料層14之第三自旋霍爾材料及第四自旋霍爾材料層15之第四自旋霍爾材料實質上彼此鏡像對稱。更詳細而言，包含第一自旋霍爾材料層11與第三自旋霍爾材料層14的自旋霍爾A與包含第二自旋霍爾材料層12與第四自旋霍爾材料層15的自旋霍爾B實質上彼此鏡像對稱。
於實施例2及實施例3中，當第三自旋霍爾材料層14的第三自旋霍爾材料的晶格與第一磁性材料層13材料的晶格不完全匹配時，第一自旋霍爾材料層11可作為一第三自旋霍爾材料層14與第一磁性材料層13間的緩衝層。同樣的，當第四自旋霍爾材料層15的第四自旋霍爾材料的晶格與第一磁性材料層13材料的晶格不完全匹配時，第二自旋霍爾材料層12可作為第四自旋霍爾材料層15與第一磁性材料層13間的緩衝層。
於實施例2或實施例3的一態樣中，平面自旋極化分量被部分抵銷，但仍存在面外的自旋極化分量。於實施例2或實施例3的另一態樣中，平面自旋極化分量完全抵消，但仍存在面外的自旋極化分量。藉由調整自旋霍爾材料層的厚度或成長條件，可控制平面自旋極化分量的抵銷程度。此外，第一自旋霍爾材料層11與第三自旋霍爾材料層14間的介面或第二自旋霍爾材料層12與 第四自旋霍爾材料層15間的介面，可用以移除z軸二重旋轉對稱(C2z)及鏡像對稱，其會影響到p-SOT的產生。
於實施例2或實施例3中，兩層自旋霍爾材料層設置在第一磁性材料層13的上方或第一磁性材料層13的下方。然而，本揭露並不僅限於此，超過兩層的自旋霍爾材料層可設置在第一磁性材料層13的上方或第一磁性材料層13的下方，只要奈米磁鐵最終的p-SOT不為0即可。
實施例4
圖4為本實施例的SOT-MRAM的示意圖。
本實施例的SOT-MRAM包括：一第一自旋霍爾材料層11，包括一第一自旋霍爾材料；一第二自旋霍爾材料層12，設置於第一自旋霍爾材料層11上，其中第二自旋霍爾材料層12包括一第二自旋霍爾材料；一第一磁性材料層13，設置在第一自旋霍爾材料層11及第二自旋霍爾材料間12；一第三磁性材料層21，設置在第二自旋霍爾材料層12上；以及一絕緣層22，設置在第二自旋霍爾材料層12與第三磁性材料層21間。此外，本實施例的SOT-MRAM更包括：一第四磁性材料層23，設置在絕緣層22與第二自旋霍爾材料層12間，其中絕緣層22設置在第三磁性材料層21與第四磁性材料層23間，且絕緣層22與第三磁性材料層21及第四磁性材料層23接觸。再者，本實施例的SOT-MRAM更包括：一惰性材料層24，設置在第二自旋霍爾材料層12與第四磁性材料層23間，其中惰性材料層24與第二自旋霍爾材料層12及第四磁性材料層23接觸。
第一自旋霍爾材料層11、第二自旋霍爾材料層12及第一磁性材料層13的特徵已描述於實施例1中，而不再贅述。
於本實施例中，實施例1的奈米磁鐵(如圖1所示)是組設於磁性穿隧接面(magnetic tunneling junction,MTJ)上。因此，藉由控制第一磁性材料層13與第四磁性材料層23間的磁偶極場(magnetic dipole field)或RKKY耦合，三明治結構中的第一磁性材料層13的翻轉可同時翻轉第四磁性材料層23。
在此，惰性材料層24包含一用以控制磁偶極場或RKKY耦合的惰性金屬。第四磁性材料層23為一自由磁性材料層。第三磁性材料層21為一固定磁性材料層。第一磁性材料層13為一耦合磁性材料層。包含在第三磁性材料層21或第四磁性材料層23中的鐵磁層材料可包括Fe、Ni、Co或其合金。例如，第三磁性材料層21或第四磁性材料層23的材料可包括CoFeB，其可選擇性的參雜其他金屬。於本實施例中，第三磁性材料層21及第四磁性材料層23的材料為CoFeB。此外，絕緣層22可包括任何絕緣材料。絕緣材料的例子包括，但不限於Al2O3、AlN、MgO、Ta2O5或HfO2。於本實施例中，絕緣層22的材料為MgO。
實施例5
圖5為本實施例的SOT-MRAM的示意圖。本實施例的SOT-MRAM與實施例4的相似，除了本實施例的SOT-MRAM不包括惰性材料層24。
本實施例的結構是可直接用來作為RKKY耦合的自旋霍爾材料(即，第二自旋霍爾材料層12)。於此情形下，第二自旋霍爾材料層12的第二自旋霍爾材料作為一間隔材料，直接用於PMA-MTJ中三明治磁性材料(即，第一磁性材料層13)與自由鐵磁層(即，第四磁性材料層23)間的RKKY耦合上。雖然第二自旋霍爾材料層12的厚度受到RKKY耦合的限制，但此結構提出了一個將三明治結構整合至PMA-MTJ中且無須惰性金屬的簡易層疊結構。
實施例6
圖6為本實施例的SOT-MRAM的示意圖。本實施例的SOT-MRAM與實施例5的相似，除了本實施例的SOT-MRAM不包括第四磁性材料層23。於本實施例中，第一磁性材料層13為一自由磁性材料層，而第三磁性材料層21為一固定磁性材料層。
本實施例的結構是將三明治結構與半個MTJ(包括第三磁性材料層21及絕緣層22)整合。在此結構中，所產生的垂直分量自旋軌道耦合力矩可直接用於翻轉自由FM層(即，第一磁性材料層13)，而無須額外的與其耦合的磁性材料層。在此，所得到的MR比例或許不如整個MTJ層疊結構要高，但可提供一個有效率翻轉自由FM層(即，第一磁性材料層13)的方法。
實施例7
圖7為本實施例的SOT-MRAM的示意圖。本實施例的SOT-MRAM與實施例6的相似，除了實施例1的奈米磁鐵(如圖1所示)以實施例2的奈米磁鐵(如圖2所示)所取代。
實施例8
圖8為本實施例的SOT-MRAM的示意圖。本實施例的SOT-MRAM與實施例6的相似，除了實施例1的奈米磁鐵(如圖1所示)以實施例3的奈米磁鐵(如圖3所示)所取代。
實施例9
圖9為本實施例的電場控制奈米磁鐵的示意圖。
於本實施例中，電場控制奈米磁鐵包括：一第一自旋霍爾材料層11，包括一第一自旋霍爾材料；一第二自旋霍爾材料層12，包括一第二自旋霍爾材料；以及一第一磁性材料層13，設置在第一自旋霍爾材料層11及第二自旋 霍爾材料層12間。再者，奈米磁鐵更包括：一第五自旋霍爾材料層31，包括一第五自旋霍爾材料；一第六自旋霍爾材料層32，包括一第六自旋霍爾材料；以及一第二磁性材料層33，設置在第五自旋霍爾材料層31及第六自旋霍爾材料層32間。在此，第二自旋霍爾材料層12設置在第一磁性材料層13及第五自旋霍爾材料層31間，且第五自旋霍爾材料及第六自旋霍爾材料實質上彼此鏡像對稱。此外，第五自旋霍爾材料及第六自旋霍爾材料分別為一可產生垂直分量自旋軌道耦合力矩(p-SOT)的自旋霍爾材料。
第一自旋霍爾材料層11、第二自旋霍爾材料層12及第一磁性材料層13的特徵已描述於實施例1中，而不再贅述。第五自旋霍爾材料層31及第六自旋霍爾材料層32的特徵與第一自旋霍爾材料層11及第二自旋霍爾材料層12相似，而不再贅述。此外，第二磁性材料層33的特徵與第一磁性材料層13相似，而不再贅述。
於本實施例中，藉由使用多層磁性材料及自旋霍爾材料，所得的三明治結構更可作為一電場控制奈米磁鐵。在此，本實施例的結構可視為多個層疊的奈米磁鐵1,3。
於本實施例中，所施加的電流可使所有磁性材料層(即，第一磁性材料層13及第二磁性材料層33)的磁矩排列在一起，而可提升磁場強度。而相反方向的電流則會產生相反的面外自旋極化方向的自旋電流，使磁矩往相反方向排列。理論上來說，這樣的結構可小至數奈米。這樣的多層三明治結構提供了一個無須外加磁場，而靠電流來控制磁性材料層的方法。此外，相較於單一三明治結構，此多層三明治結構可提供一較強的磁場，使得翻轉MTJ的自由FM層更有效率。
雖然本揭露已結合實施例說明，但應當理解在不脫離本揭露下述的申請專利範圍的精神和範圍的情況下，可以進行許多其他可能的修改和變化。
11‧‧‧第一自旋霍爾材料層
12‧‧‧第二自旋霍爾材料層
13‧‧‧第一磁性材料層
131‧‧‧鏡面
Ic‧‧‧水平方向電流
Is1,Is2‧‧‧自旋電流
X,Y,Z‧‧‧座標軸
+x,-x,+y,-y,+z‧‧‧自旋極化方向

Claims (20)

  1. 一種電場控制奈米磁鐵，包括：
    一第一自旋霍爾材料層，包括一第一自旋霍爾材料；
    一第二自旋霍爾材料層，包括一第二自旋霍爾材料；以及
    一第一磁性材料層，設置在該第一自旋霍爾材料層及該第二自旋霍爾材料間；
    其中，該第一自旋霍爾材料及該第二自旋霍爾材料實質上彼此鏡像對稱。
  2. 如請求項1所述的電場控制奈米磁鐵，其中該第一自旋霍爾材料及該第二自旋霍爾材料分別為一可產生垂直分量自旋軌道耦合力矩的自旋霍爾材料。
  3. 如請求項1所述的電場控制奈米磁鐵，更包括一第三自旋霍爾材料層，其中該第一自旋霍爾材料層位於該第一磁性材料層及該第三自旋霍爾材料間，且該第三自旋霍爾材料層包括一第三自旋霍爾材料。
  4. 如請求項3所述的電場控制奈米磁鐵，更包括一第四自旋霍爾材料層，其中該第二自旋霍爾材料層位於該第一磁性材料層及該第四自旋霍爾材料層間，該第四自旋霍爾材料層包括一第四自旋霍爾材料，且該第三自旋霍爾材料及該第四自旋霍爾材料實質上彼此鏡像對稱。
  5. 如請求項3所述的電場控制奈米磁鐵，其中該第三自旋霍爾材料為一可產生垂直分量自旋軌道耦合力矩的自旋霍爾材料。
  6. 如請求項4所述的電場控制奈米磁鐵，其中該第三自旋霍爾材料及該第四自旋霍爾材料分別為一可產生垂直分量自旋軌道耦合力矩的自旋霍爾材料。
  7. 如請求項1所述的電場控制奈米磁鐵，更包括：
    一第五自旋霍爾材料層，包括一第五自旋霍爾材料；
    一第六自旋霍爾材料層，包括一第六自旋霍爾材料；以及
    一第二磁性材料層，設置在該第五自旋霍爾材料層及該第六自旋霍爾材料層間；
    其中，該第二自旋霍爾材料層設置在該第一磁性材料層及該第五自旋霍爾材料層間，且該第五自旋霍爾材料及該第六自旋霍爾材料實質上彼此鏡像對稱。
  8. 如請求項7所述的電場控制奈米磁鐵，其中該第五自旋霍爾材料及該第六自旋霍爾材料分別為一可產生垂直分量自旋軌道耦合力矩的自旋霍爾材料。
  9. 一種自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體，包括：
    一第一自旋霍爾材料層，包括一第一自旋霍爾材料；
    一第二自旋霍爾材料層，設置於該第一自旋霍爾材料層上，其中該第二自旋霍爾材料層包括一第二自旋霍爾材料；
    一第一磁性材料層，設置在該第一自旋霍爾材料層及該第二自旋霍爾材料間；
    一第三磁性材料層，設置在該第二自旋霍爾材料層上；以及
    一絕緣層，設置在該第二自旋霍爾材料層與該第三磁性材料層間；
    其中，該第一自旋霍爾材料及該第二自旋霍爾材料實質上彼此鏡像對稱。
  10. 如請求項9所述的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體，其中該第一磁性材料層為一自由磁性材料層，而該第三磁性材料層為一固定磁性材料層。
  11. 如請求項9所述的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體，其中該第一自旋霍爾材料及該第二自旋霍爾材料分別為一可產生垂直分量自旋軌道耦合力矩的自旋霍爾材料。
  12. 如請求項9所述的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體，更包括一第四磁性材料層，設置在該絕緣層與該第二自旋霍爾材料層間，其中該絕緣層設置在該第三磁性材料層與該第四磁性材料層間。
  13. 如請求項12所述的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體，其中該絕緣層與該第三磁性材料層及該第四磁性材料層接觸。
  14. 如請求項12所述的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體，其中該第三磁性材料層為一固定磁性材料層，而該第四磁性材料層為一自由磁性材料層。
  15. 如請求項12所述的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體，更包括一惰性材料層，設置在該第二自旋霍爾材料層與該第四磁性材料層間。
  16. 如請求項15所述的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體，其中該惰性材料層與該第二自旋霍爾材料層及該第四磁性材料層接觸。
  17. 如請求項9所述的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體，更包括一第三自旋霍爾材料層，其中該第一自旋霍爾材料層位於該第一磁性材料 層及該第三自旋霍爾材料間，且該第三自旋霍爾材料層包括一第三自旋霍爾材料。
  18. 如請求項17所述的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體，更包括一第四自旋霍爾材料層，其中該第二自旋霍爾材料位於該第一磁性材料層及該第四自旋霍爾材料層間，該第四自旋霍爾材料層包括一第四自旋霍爾材料，且該第三自旋霍爾材料及該第四自旋霍爾材料實質上彼此鏡像對稱。
  19. 如請求項17所述的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體，其中該第三自旋霍爾材料為一可產生垂直分量自旋軌道耦合力矩的自旋霍爾材料。
  20. 如請求項18所述的自旋軌道耦合力矩磁阻式隨機存取記憶體，其中該第三自旋霍爾材料及該第四自旋霍爾材料分別為一可產生垂直分量自旋軌道耦合力矩的自旋霍爾材料。
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