提供高畴壁速率的铁磁器件
阅读：105发布：2020-05-15
专利汇可以提供提供高畴壁速率的铁磁器件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 铁 磁器件（10），该铁磁器件具有沿着纵向方向（11）延伸的包括铁磁材料的延长结构，其中铁磁材料的与所述纵向方向垂直的横向截面被设计为提供在铁磁材料的Walker击穿限制以上的畴壁速率。具体而言，铁磁材料的外围轮廓的至少一部分（21-23）在横向截面（20）中形成非 正交 凸集合。例如整个外围轮廓可以实现（非正交）凸多边形。，下面是提供高畴壁速率的铁磁器件专利的具体信息内容。
1.一种用于基于自旋的信息存储或者处理装置的铁磁器件（10），具有沿着纵向方向（11）延伸的包括铁磁材料的延长结构，其中所述铁磁材料的与所述纵向方向垂直的横向截面（20）被设计为提供基本上比在所述铁磁材料的Walker击穿限制处所获得的畴壁速率更大的畴壁速率。
2.根据权利要求1所述的铁磁器件，其中所述横向截面被设计为基本上防止涡旋或者反涡旋成核从所述横向截面的边缘（21，22）脱离。
3.根据权利要求1或者2所述的铁磁器件，其中所述铁磁材料的厚度优选地沿着
10-30nm的宽度在所述横向截面（20）的一个或者多个侧向边缘（21，22）的水平面处减少。
4.根据权利要求1、2或者3所述的铁磁器件，其中所述铁磁材料的外围轮廓的至少一部分（21-23；23-22；21-23）在所述横向截面中形成非正交凸集合。
5.根据权利要求4所述的铁磁器件，其中所述铁磁材料包括向所述铁磁材料赋予铁磁特性的物种（30），并且所述物种的密度的外围轮廓的至少一部分（21-23；23-22；21-23）在所述横向截面中形成非正交凸集合。
6.根据权利要求4或者5所述的铁磁器件，其中所述外围轮廓的所述至少一部分具有平凸形状。
7.根据权利要求3至6中的任一权利要求所述的铁磁器件，其中所述铁磁材料的外围轮廓关于所述延长结构的中平面（3）不对称。
8.根据权利要求3至7中的任一权利要求所述的铁磁器件，其中所述外围轮廓基本上实现几乎凸多边形或者凸多边形。
9.根据权利要求3至8中的任一权利要求所述的铁磁器件，其中所述铁磁材料包括镍-铁磁合金。
10.根据权利要求1至9中的任一权利要求所述的铁磁器件，其中所述延长结构的一个或者多个侧向边缘（21，23）是变细的或者渐细的边缘。
11.根据权利要求1至10中的任一权利要求所述的铁磁器件，其中向所述铁磁材料赋予铁磁特性的物种的密度在所述横向截面（20）中基本上不均匀。
12.根据权利要求11所述的铁磁器件，其中所述器件还包括诸如在其中注入的掺杂物的化学物种，所述化学物种被布置成使得向所述铁磁材料赋予铁磁特性的所述物种的密度的外围轮廓的至少一部分（C0）在所述横向截面（20）中形成非正交凸集合。
13.一种制造根据权利要求1至12中的任一权利要求所述的铁磁器件的方法。
14.一种操作根据权利要求1至12中的任一权利要求所述的铁磁器件的方法，包括以下步骤：以基本上比在所述铁磁材料的Walker击穿限制处所获得的速率更大的速率移动畴壁。
15.一种基于自旋的信息存储或者处理装置（100），包括根据权利要求1至14中的任一权利要求所述的铁磁器件（10）。
提供高畴壁速率的铁磁器件
技术领域
背景技术
[0002] 基于畴壁（DW）的自旋电子器件依赖于有界几何结构（诸如窄铁磁接线）中的移动畴壁。畴壁的速度越高，这些器件就越快。畴壁速率通常范围从1m/s至100m/s并且取决于驱动源和几何结构。由磁场或者由自旋极化电流推动壁。畴壁速率v对磁场H的依赖性通常由Schryer和Walker[1]描述的迁移率曲线模型定义。在相对低场处，已知速率随着场线性缩放v～H上至某一限制场（所谓的“Walker击穿场”或者等效为“Walker击穿电流”并且更一般为“Walker击穿限制”），壁速率在该限制场处为峰值。根据这一模型，在该场以上，畴壁运动变成湍流，从而造成v随着H增加而减少直至在大场处v再次增加[2]。如果使用自旋极化电流而不是场则相似依赖性成立。
[0003] 原型畴壁器件是磁轨道（racetrack）[3，4]，备选是逻辑概念，诸如Cowburn的磁畴壁逻辑[5]。电流或者场经过电路穿梭的畴壁需要在可以执行既定逻辑操作的程度上保持完整。因此，保持施加的场或者电流低以保证停留在迁移率曲线的线性范畴（regime）内并且对应地速率保持受限。
[0004] 已经提出用于操纵DW的动态响应并且在Walker击穿限制以外增强DW速率的可能性。然而实施高DW速率的实际器件[3，8]的实现由于技术复杂性或者由于适度速率增加而仍然捉摸不定。
发明内容
[0006] 在一个实施例中，本发明提供一种用于基于自旋的信息存储或者处理装置的铁磁器件，该铁磁器件具有沿着纵向方向延伸的包括铁磁材料的延长结构，其中铁磁材料的与所述纵向方向垂直的横向截面被设计为提供基本上比在铁磁材料的Walker击穿限制处获得的畴壁速率更大的畴壁速率。
[0007] 在其它实施例中，所述器件可以包括以下特征中的一个或者多个特征：
[0008] -横向截面被设计为基本上防止涡旋或者反涡旋成核从横向截面的边缘脱离；
[0009] -铁磁材料的厚度优选地沿着10-30nm的宽度在横向截面的一个或者多个侧向边缘的水平面处减少；
[0010] -铁磁材料的外围轮廓的至少一部分在横向截面中形成非正交凸集合；
[0011] -铁磁材料包括向铁磁材料赋予铁磁特性的物种，并且所述物种的密度的外围轮廓的至少一部分在横向截面中形成非正交凸集合；
[0012] -外围轮廓的所述至少一部分具有平凸形状；
[0013] -铁磁材料的外围轮廓关于延长结构的中平面不对称；
[0014] -所述外围轮廓基本上实现几乎凸多边形或者凸多边形；
[0015] -所述铁磁材料包括镍-铁磁合金；
[0016] -延长结构的一个或者多个侧向边缘是变细的或者渐细的边缘；
[0017] -向铁磁材料赋予铁磁特性的物种的密度在横向截面中基本上不均匀；
[0018] -该器件还包括诸如在其中注入的掺杂物的化学物种，化学物种被布置成使得向铁磁材料赋予铁磁特性的所述物种的密度的外围轮廓的至少一部分在横向截面中形成非正交凸集合；
[0019] 根据另一方面，体现本发明为一种制造根据上述实施中的任一实施例的铁磁器件的方法。
[0020] 在本发明的又一方面中，体现本发明为一种操作根据上述实施中的任一实施例的铁磁器件的方法，该方法包括以下步骤：以基本上比在铁磁材料的Walker击穿限制处所获得的速率更大的速率移动畴壁。
[0021] 根据最后一个方面，体现本发明为一种包括根据上述实施中的任一实施例的铁磁器件的基于自旋的信息存储或者处理装置。
附图说明
[0023] –图1示出在具有矩形（红色空心圆）和平凸（黑色填充圆）截面的窄接线中的坡莫合金（Ni80Fe20）中的畴壁位移的作为时间的函数的微磁仿真结果，该平凸截面是根据本发明的实施例。在插图中示出在仿真中使用的接线几何结构的截面；矩形接线为80nm宽和5nm厚；
[0024] –图2是根据实施例的铁磁器件的一部分的简化3D视图；
[0025] –图3示出对应横向截面；
[0026] –图4是根据实施例的铁磁器件中的铁磁物种的密度图；
[0027] –图5示出根据实施例的对应密度轮廓以及注入的物种的密度轮廓；
[0028] –图6至图16图示可以在根据实施例的器件中使用的铁磁材料的横向截面的各种可能形状；
[0029] –图17是实施根据本发明的实施例的器件的基于自旋的信息存储装置的简化描绘；并且
[0030] –图18是基本上比针对Walker击穿限制所获得的速率vWBL更大的在实施例中所获得的速率v的示意表示。
具体实施方式
[0031] 作为以下描述的引言，简要概括本发明的背景。
[0032] 本发明人已经着手于具有20nm厚度的宽坡莫合金接线（300nm至900nm）中的DW动态性以理解限制DW迁移率的基本机制。磁光克尔效应捕获DW结构在它沿着接线演变时的改变，该效应是一种能够局部检测磁化信号的技术，例如参见参考文献[2]。发现涡旋DW的动态性明显偏离当前描述，即沿着接线演变的紧凑实体的动态性。微磁仿真使得有可能再现测量的迁移率曲线和DW由若干子结构构成的证据，每个子结构以很不同的速率在不同动态范畴中传播和演变。
[0033] 获得对这一复杂动态性的洞悉，发明人提出和仿真适合于高速器件应用的并且克服Walker击穿所施加的限制的结构剖面。
[0034] 具体而言，对具有标准矩形截面的纳米线执行微磁仿真。在宽到足以支撑涡旋壁的接线中，发现对在标称Walker击穿以上的场处的壁传播进行确定的关键成分是涡旋芯与伴随涡旋芯的两个反半涡旋的相互作用以及磁能（交换、偶极和塞曼项）的对应再平衡，这些反涡旋位于接线的两个（侧向）边缘处。
[0035] 涡旋芯与在边缘处的两个半反涡旋的相互作用不对称。对于给定的对称性，与在涡旋芯（在前导边缘）前面的反涡旋的相互作用可以积极地有利。然后可以区分两个完全不同的场景。一旦涡旋芯撞击边缘，它可以被反射并且再次穿越接线截面或者它可以保持局限于边缘附近从而在施加的场（或者电流）之下沿着边缘滑动。如可以实现的那样，第二过程可以造成快速壁传播。也就是说，畴壁使用进动转矩（precessional torque）以实现高速率，而在第一过程中，涡旋芯经历振荡动态性并且向前运动受阻。有趣的是，在第二过程中，壁的主要部分即使在Walker击穿场以上的其中将先验地预期紊乱振荡壁运动的范畴中仍然移动而无相关自旋结构改变。由磁光克尔显微镜取得的所得实验数据已经确认对840nm宽度和20nm厚度的坡莫合金接线的微磁仿真。
[0036] 因此，可能想要利用如果半反涡旋的磁化保持不变并且对应地未反射涡旋芯此类事实，则可以避免速率下降。因而，这里提出的是几何上构造接线并且具体为其横向截面使得防止涡旋芯从接线的边缘反射。作为结果，获得基本上比针对Walker击穿限制所获得的速率vWBL更大的畴壁速率v。明显更大速率意味着通常v=f vWBL，而f>1.3、优选地f>1.5、可能f>2。获得的确切因子f应当依赖于使用的精确几何结构（因此可以设想更高值）。在以下中，此类速率应当称为“在Walker击穿限制以上的速率”或者为了简化而甚至称为“增加的速率”。
[0037] 这可以显著地由于截面剖面（诸如具有圆化边缘的平凸透镜形状）而得以实现。如以下将具体讨论的那样，备选几何结构是可能的。
[0038] 就这一点而言，图1示出针对在其它方面相同的参数和驱动场在铁磁器件的具有矩形（红色空心圆）和平凸（黑色填充圆）截面的窄接线中的作为时间的函数的计算的DW位移。因此，可以比较用这两个剖面所获得的畴壁运动。在插图中示出在仿真中使用的接线几何结构的截面；矩形接线为80nm宽和5nm厚。用于该仿真的尺寸有利于横向壁而不利于涡旋壁。
[0039] 与矩形截面比较，在透镜型接线中观察到DW的明显加速。可能的解释如下：在DW传播期间，在接线边缘处的去磁化能量防止向接线中注入反涡旋芯。在具有矩形剖面的接线中，DW必须在它到达仿真的接线的末端之前通过沿着接线宽度传播在边缘处成核的反涡旋来经历多于两个全进动周期。
[0040] 因此，根据前述内容，可以用涡旋和横向壁二者明确地观察到增加的DW速率。这可以通过横向壁的运动也涉及到通过在接线边缘处的反涡旋的反转[7]此类事实来理解。因此，本概念（DW速率在矩形壁中的能量学强加的限制以外增加）对于在纳米线中所遇到的两个DW类型成立。
[0041] 附带提一点，对于一些应用（例如应用于小型器件），诸如用于图1的仿真的纳米线（即具有横向壁）可以是更优选的。
[0042] 在这一观察上的基础上，发明人已经设计以下参照图2-13描述的适合于基于自旋的信息存储或者处理装置的多种新颖铁磁器件。如通常那样，此类铁磁器件10包括铁磁材料（例如镍-铁磁合金）并且具有沿着纵向方向11延伸的延长结构（例如接线），该方向11这里取为与描绘的笛卡尔坐标系1的z轴重合。纵轴是延长结构的主轴，例如见图2。
x轴是竖轴而y表示侧向或者横向轴。标号1’表示单位矢量的转换三元组（translated triplet）。
x轴是竖轴而y表示侧向或者横向轴。标号1’表示单位矢量的转换三元组（translated triplet）。
[0043] 如应当所见，描绘的器件允许提供在铁磁材料的Walker击穿限制以上的畴壁速率，其中器件的高速操作变成有可能。为了实现这一点，主要思想是修改铁磁材料的横向截面20，即与纵轴（z轴）垂直。重要的是，修改的截面剖面20未必是整个结构10的截面剖面。它首先是仅有铁磁材料的截面。通常，所述横向截面沿着纵向方向表现基本上相同类型的图案。另外，所述图案的尺寸和形状优选地保持相同（即图案沿着该方向恒定）。附带提一点，尽管这里将它常称为“纵向方向”，但是诸如这里描述的铁磁器件可以发现在基于自旋的信息存储或者处理装置中作为线性器件或者U形器件的应用（见图17）。另外，在所有情况下，铁磁器件保持延长结构，使得提及纵向方向是有意义的；横向截面是与局部纵向方向垂直的截面。横向截面的典型宽度至少为30nm并且优选地在100nm与1000nm之间，而高度为至少3nm、优选地在5nm与30nm之间。
[0044] 如更早讨论的那样，可以描述本解决方案为提供横向截面20，该截面被如此设计以便防止涡旋或者反涡旋成核从横向截面20的边缘21、22脱离。已经认识到可以设想许多实际解决方案。另外独立于下面的物理性（涡旋成核等），可以设计若干实际实施例，其中修改接线的横向截面以便在实践中实现增加的畴壁速率。
[0045] 例如，一种可能性是直接变更整个结构10的截面20的几何形状，即外部包络（图1-3、6-8）。另一可能性是无论器件10的实际结构如何都仅修改物种的分布从而向材料赋予铁磁特性（图4、5）。在所有情况下，关于通常运用的高度地对称的接线（即矩形剖面）变更铁磁材料的外围轮廓的几何形状。现在更具体说明这一点。
[0046] 图2示出根据本发明的实际实施例的铁磁器件10的简化3D视图。如上所言，接线具有总体延长结构，该结构的主轴11与z轴重合。横向截面20是接线10与垂直于z轴的平面2的相交区域。在这一示例中，横向截面20具有总体平凸形状。就此类剖面而言，（部分地）减少结构朝着侧向边缘的厚度而维持相当平滑的剖面。平滑性有利于防止过量固着（pinning）。朝着边缘的厚度减少完全改变能量学，因为对于更小厚度强烈地增强去磁化能量。例如在图1中，锥形边缘区域的宽度约为12nm（厚度沿着所述12nm从5nm下降至1nm）。适当宽度（其中减少厚度）是在操作中与系统试图成核的（反）涡旋的宽度相等或者更大的宽度。确切值依赖于选择的材料，但是通常接近20nm，并且合适的值的典型范围是
10–30nm。
10–30nm。
[0047] 图3示出截面20的对应2D视图，z轴现在垂直于附图平面。截面20的侧向边缘21、22倾斜，即关于横向边缘23、24成角度（≠90°或者180°）倾斜。通常90°＜α＜180°，优选110°＜α＜160°并且更优选120°＜α＜150°。此类值通常在实践中给予增加的质量结果。
[0048] 在图3中，边缘21-24形成凸集合（而并非正交凸）：对于在边缘21-24形成的轮廓内的每对点，在相同轮廓内包含在连结所述对的线段上的每个点。描绘的边缘集合向截面20赋予梯形形状。更一般而言，平凸形状是方便的。“总体平凸形状”意味着如下形状（例如边缘21、23、22），可以在该形状内内接平凸线。朝着边缘相应地减少结构的厚度而维持平滑剖面。如更早所言，平滑性允许防止过量固着，而厚度减少基本上增强去磁化能量。作为结果，可以获得增加的DW速率。
[0049] 更一般而言，减少在横向截面的一个或者多个侧向边缘（21，22）的水平面处的铁磁材料的厚度是实现所需技术效果的充分条件。具体而言，实现（非正交）凸多边形（诸如图3）的截面是合适的形状。
[0050] 另外，可以将条件降低至具有如下截面形状20，该形状具有至少一个内部角度α，选择该角度使得90°<α<180°，如图15中所描绘，这已经提供所需效果。在图15的示例中，所有角度除了α之外都是直角。换而言之，外围轮廓的一部分在横向截面20中形成非正交凸集合。所述轮廓部分由边缘21”’、23”’、22”’以及（虚拟）线段25’’’形成。向轮廓提供其至少一部分形成非正交凸集合造成所需厚度减少。
[0051] 另外，具有严格少于90°（≠90°）的一个或者多个内部角度的截面形状也可以提供所需效果。例如容易用如图16中所示三角形状满足这一条件。这里，三角形轮廓实现在侧向边缘21、22的水平面处具有减少的厚度的凸集合。另外，出于实际原因，优选更易于加工的至少四个边缘（四边形）。在该情况下，与三角形比较，多边形具有更低对称性。另外，四边形允许维持某一程度的平滑性。注意在虚拟线4的水平面处切割图16的三角形，恢复与图3的截面形状相似的截面形状。
[0052] 概括而言：如图15中那样具有至少一个内部角度α（90°<α<180°）或者严格少于90°的一个或者多个内部角度的截面提供所需效果。因而，并且如从（至少）图3、图15或者图16的实施例所见，一类合适的器件是如下器件，其中铁磁材料的轮廓的至少一部分在横向截面20中实现（非正交）凸集合。
[0053] 这显然包括那些器件，对于这些器件，铁磁材料的整个外围轮廓绘制凸集合（并且至少未完全正交）。现在，横向截面20无需实现理想凸多边形，如图6中所示。在这一示例中，在边缘21’与21”之间（或者在22’与22”之间）的角度产生非凸状。另外，总体形状保持主要为凸形。更具体而言，多数邻近边缘对为凸形。因此，图6给予另一示例，其中铁磁材料的外围轮廓的至少一部分在横向截面20中形成（非正交）凸集合。相信此类形状合适地避免涡旋/反涡旋从截面20的侧向边缘注入和反射。
[0054] 因此，如以上参照图3或者6讨论的那样，优选形状是平凸或者几乎平凸。此类形状关于器件的中（水平）平面3不对称。
[0055] 另外，在变体中，如图14或者15中所示，无需xz反射对称性。
[0056] 此外，在其它变体中，可以设想对称截面（关于中平面3），只要其至少部分（例如一半）形成凸集合（例如平凸或者几乎平凸）从而造成减少的侧向厚度。
[0057] 图7至图16给出用于铁磁材料在横向截面20中的外围轮廓的可能形状的示例。
[0058] 概括而言：
[0059] –在每种情况下，铁磁材料的外围轮廓的至少一部分（例如上部分）形成非正交凸集合，从而在一个或者多个侧向边缘处产生减少的厚度，例如见图15；
[0060] –然而并非所有子部分需要为非正交凸，见图13或者图15；
[0061] –整个外围轮廓可以形成凸集合，见图3、图7至图9、图11至图13、图15至图16，可能部分正交，见图13或者图15。注意保持边缘中的一些边缘“正交”可以在一些情况下简化制造过程；
[0062] –未系统地需要侧向对称性（xz反射），见图14或者图15，但是它宏观地提高平滑性；并且
[0063] –铁磁材料的外围轮廓可以关于器件的中平面不对称（如图2至图8、图13至图16中那样）或者对称（图9至图12），使得可以设想平凸或者双凸形状；
[0064] –另外，截面剖面无需全凸，只要几乎凸形状（图6或者图14）或者几乎双凸形状（图10）就可以足够了；并且
[0065] –圆化的边缘也提供所需效果，见图7、图8、图11和图13（无需笔直边缘，但是它可以更易于处理）。
[0066] 接着，可以用各种方式获得所需外围轮廓形状。如上所言，第一可能性是直接加工整个结构10的形状。另一可能性包括修改物种的分布从而例如在侧向边缘的水平面处向铁磁材料赋予铁磁特性。
[0067] 在后一种情况下，如先前描述的那样，优选变体是如下变体，其中所述物种的密度的外围轮廓的（至少）一部分形成非正交凸集合。就这一点而言，也可以设想图3、图6至图16中描绘的轮廓为铁磁物种的最外密度轮廓（而不是结构10的外部包络），并且这不考虑器件的实际形状。因此，由于铁磁材料无需跨越结构的整个横向截面，所以理解延长结构的横向截面未必需要在边缘处具有减少的厚度。相反，可以寻求修改仅有铁磁材料的几何形状以便实现所需技术效果。
[0068] 就这一点而言，本发明也总体涉及一种制造如这里描述的铁磁器件的方法。具体而言，这一方法可以包括以下步骤：在一个或者多个侧向边缘（比如图3中的边缘21、22）的水平面处修改铁磁物种的分布。
[0069] 就这一点而言，可以使用适合用于修改此类物种的分布的任何工艺。作为结果，铁磁物种密度（即每体积单位的粒子数目）在横向截面中不均匀。也就是说，它在侧向边缘的方向上减少，以便绘制所需形状。因此区分密集区域（形成所需形状）与低密度区域，这些低密度区域完成密集区域以便形成任何实际剖面，例如矩形。在图4和图5中图示这一情形。
[0070] 图4示意地描绘与铁磁物种的（非均匀）分布对应的密度绘图（自由比例）。在这一灰度图中，示出包括更多铁磁物种的区域更暗。这些更密集区域有效造成与图3的多边形形状相似的多边形形状从而基本上产生相同效果。
[0071] 可以例如通过附加化学物种（即非磁性掺杂物）实现修改铁磁物种分布，注入这些化学物种以便影响铁磁粒子的外围密度。就这一点而言，图5示意地图示两个物种的密度轮廓。轮廓C0、C1和C2（普通线）是与铁磁物种的相应密度水平P0、P1、P2关联的典型轮廓。通常，值P0实质上对应于体块（bulk）中的物种密度，并且P2=x1、P1=x0P0（0
[0072] 在上述实施例中的每个实施例中，想法在于铁磁截面的适当几何形状（例如在边缘的水平面处具有减少的接线厚度或者密度）可以用来朝着边缘增强去磁化能量。
[0073] 可以例如通过如在纳米模版动态模式技术[6]中使用的那样通过使用在生长室中插入的阴影掩模以局部改变生长速率、通过多步光刻或者通过用非磁性杂质掺杂对接线的磁轮廓成形来实现透镜形结构。此类技术本身已知。
[0074] 作为结论，以上描述的本发明有利地利用如下事实：在宽结构中传播的畴壁经历根本变换，因为DW的不同部分在不同动态范畴中传播，即明显脱离沿着接线长度演变的紧凑磁结构的公认概念。从组合的实验和微磁仿真研究中得出这些结论。利用获得的知识，基于截面结构的修改提出用于实现增强的速率的概念，这些修改未强调磁静态能量贡献。
[0075] 用来验证上述内容的实验和理论方法中的一些方法的简要描述如下。
[0076] 采样制作。在两个蒸镀和剥离步骤中由5nm热氧化物覆盖的Si晶片上制作采样。在第一步骤中，将20nm Fe20Ni80蒸镀到由电子束光刻限定的结构中并且覆以3nm Pt以避免铁磁体在暴露于空气时氧化。接线在一端变细以防止DW成核并且在另一端包含3.5μm×3.5μm方垫（square pad）以降低重置场。第二光刻步骤用于限定由60nm Pt制成的DW成核桥。通过这一桥发送电流脉冲，伴随有产生畴壁对的磁场脉冲。在光刻步骤中限定用于递送高频脉冲的共面波导，然后溅射80nm Au和10nm Ti。测量连续膜的矫顽场（coercive field）为0.16kA/m而图案化的接线具有0.37kA/m的矫顽场，这提示通过图案化引入的边缘粗糙度对矫顽场显著地有贡献。
[0077] 微磁仿真。用OOMMF代码[9]对30μm长、840nm宽和20nm厚的接线进行仿真以完全再现用于迁移率曲线测量的实验接线几何结构。单元大小是5nm×5nm×20nm，材料参-12数是坡莫合金Ni80Fe20的材料参数而交换劲度A=13×10 J/m、磁化强度Ms=730kA/m并且阻尼常数α=0.01。迁移率曲线的仿真在48个单线程工艺上并行运行需要一周。此外，进行两个全3D仿真以验证2D仿真而单元大小为5nm×5nm×6.7nm并且接线厚度为20.1nm。二者的结果很好地一致。也针对无边缘缺陷的接线运行仿真从而产生具有相同特征和相似速率、但是沿着场轴偏移的迁移率曲线。另外，在两个仿真期间的最大自旋角度未超过40度。
透镜形接线（图1，插图，上剖面）在中心为80nm宽、3μm长并且5nm厚而单位单元大小为
1nm×1nm×1nm。这一仿真使用6GB的存储器并且在超频（over-clocked）的Intel i7处理器上用四个线程运行约10天。
透镜形接线（图1，插图，上剖面）在中心为80nm宽、3μm长并且5nm厚而单位单元大小为
1nm×1nm×1nm。这一仿真使用6GB的存储器并且在超频（over-clocked）的Intel i7处理器上用四个线程运行约10天。
[0078] 最后，本发明还涉及一种基于自旋的信息存储或者处理装置。例如可以有利地实施诸如以上描述的铁磁器件的基于畴壁的原型装置是比如在参考文献[3，4]中描述的磁轨道。图17示出此类概念，其中装置100包括如以上描述的铁磁器件10。
[0079] 更一般而言，基于畴壁传播（并且具体需要快速畴壁运动）的许多装置可以从本发明的器件受益。备选装置是逻辑概念，诸如在参考文献[5，10]中描述的磁畴壁逻辑。后一个概念示出畴壁逻辑电路（例如见参考文献[5]的表1）或者更复杂电路（例如见参考文献[5]的图1或者图2）。此类电路可以从使壁移动更快的当前截面剖面受益。参考文献[10]的图1公开也可以从本发明受益的典型NOT门电路图。此外并且如在介绍中所言，电流或者电流经过电路穿梭的畴壁需要在可以执行既定逻辑操作的程度上保持完整。因此，尽管在典型现有技术的装置中，保持施加的场或者电流低以保证线性范畴，但是使用诸如这里描述的铁磁器件允许实现更高速率。
[0080] 图17示意地描绘基于自旋的信息存储装置100（在这一示例中为磁轨道）。这一轨道使用诸如以上描述的铁磁器件10，即这里设计铁磁材料的横向截面20为平凸形状以提供在Walker击穿限制以上的畴壁速率。沿着接线的一部分将数据编码为磁畴201、202、…的图案。例如高度地自旋极化的电流的脉冲101沿着接线10的长度相干地移动整个DW图案经过布置于基板110上的读取元件130和写入元件120。纳米线通常是存储的DW图案的两倍长，其中DW可以在任一方向上移动。这里代表竖直配置，即它通过在与基板110的平面垂直的U形接线中存储图案来提供高存储密度。图17中的描绘图示在某一时间点的磁图案，该时间点例如实质上在沿着U的左支路移动它之前。
[0081] 在变体中，如本身已知的那样，水平配置使用与基板110的平面平行的纳米线。在所有情况下，可以在芯片上布置轨道阵列以实现高密度存储。
[0082] 可以通过测量连接到轨道的磁隧道结元件130的隧道磁阻来从图案读取102数据。可以例如通过在与存储纳米线成直角定向的第二铁磁纳米线120中移动的DW的弥散场实现写入数据。
[0083] 最后，图18是在其它方面相同的背景中在当前实施例中所获得的速率v（“vPresent”，普通线）比对在Walker模型内所通常获得的速率（虚线）的示意表示。如图所示，当前DW速率明显大于针对Walker击穿限制所获得的速率vWBL。通常v=f vWBL而f>1.3、优选地f>1.5、可能f>2，f的确切值与渐细几何形状有关。
[0084] 尽管已经参照某些实施例描述本发明，但是本领域技术人员将理解，可以进行各种改变并且可以替换等效物而未脱离本发明的范围。此外，可以进行许多修改以使特定情形或者材料适应本发明的教导而未脱离它的范围。因此旨在于本发明不限于公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。例如，如在本领域中所知，可以依赖于除了镍-铁磁合金之外的铁磁材料。
[0085] 除了以上引用的参考文献之外，以下列举可以提供关于本发明的背景技术的有用信息的附加参考文献。
[0086] 参考文献
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