存儲器和邏輯器件及其執(zhí)行方法
【專利摘要】根據(jù)本技術(shù)的一個示例性實施方案，公開了一種自旋選擇性器件，該器件包括包含鐵磁材料的第一層。該自旋選擇性器件還包括耦接到第一層的第二層。第二層包括具有特定手性的至少一個分子，使得當(dāng)電流在第一層與第二層之間流動時使鐵磁材料的一個或更多個區(qū)域變?yōu)檠匾欢ǚ较虼艠O化。
【專利說明】存儲器和邏輯器件及其執(zhí)行方法
[0001]本申請要求題為“Magnetic Memory with No Permanent Magnet” 的臨時申請第61/609976號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過弓I用并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及存儲器和邏輯器件，更具體地，本發(fā)明涉及利用自旋濾波器(spinfilter)的磁存儲器和邏輯器件。
[0003]參考文獻(xiàn):
[0004]下面列出了認(rèn)為與本發(fā)明公開的主題的背景相關(guān)的參考文獻(xiàn):
[0005]歐洲專利申請第2492984 A2號涉及一種利用從涂覆有雙鏈DNA的自組裝單分子層的表面噴射的高度極化的電子來提供自旋極化電子的電流的方法和器件。類似地，參考文獻(xiàn)公開了自組裝雙鏈DNA單分子膜可以通過在金基底上沉積雙鏈DNA來制備。另外，根據(jù)本公開內(nèi)容，通過具有線偏振光或圓偏振光的紫外激光噴射出光電子，據(jù)此觀察到噴射出的電子的極化。
[0006]美國公開第2012/0223294號涉及一種用于獲得通?？梢栽诖笠?guī)模集成電路、印刷電路和/或自旋電子應(yīng)用中集成并使用的自旋極化電子的方法和器件。另外，本公開內(nèi)容涉及一種在不需要復(fù)雜且容易出錯的器件的條件下可采用的用于檢測自旋極化電子和實現(xiàn)高效率的自旋選擇性的方法和器件。因此，本公開內(nèi)容涉及沉積在所述基底上的至少一個單分子層。單分子層包括不對稱分子，并且適合于過濾從基底通過一個單分子層移動的電子使得呈現(xiàn)出預(yù)定自旋的電子可以穿過該單分子層。
[0007]美國公開第2007/0287015號涉及一種具有順磁性納米級結(jié)構(gòu)和用于自旋電子學(xué)的自旋選擇性材料。該結(jié)構(gòu)包括吸附在導(dǎo)電膜的表面上并從導(dǎo)電膜的表面延伸的有機(jī)分子，使得有機(jī)分子包含與所述表面形成化學(xué)鍵的結(jié)合基團(tuán)，并在該表面上形成自組裝單分子層。因此，所公開的結(jié)構(gòu)可以用在具有利用磁矩間隔開的段的分段裝置或自旋濾波裝置的數(shù)據(jù)載體中。
[0008]本文中的上述參考文獻(xiàn)的知識不應(yīng)被推斷為以任何方式與本發(fā)明公開主題的可專利性有關(guān)。

【背景技術(shù)】
[0009]現(xiàn)代計算系統(tǒng)通常使用存儲器件，例如，采用存在于各種計算平臺中的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)或靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)的存儲器件。例如，DRAM通過在集成電路的單獨電容器上存儲單個位(individual bits)來操作，而在SRAM中，各個雙穩(wěn)定電路存儲單個位數(shù)據(jù)。盡管它們普遍使用，這種存儲器件一般都越來越難操作，這主要是由于這種器件的能源消耗(例如，寫入/讀取電流，刷新速率等)的增加。此外，由于這種存儲器易失性，當(dāng)打開計算系統(tǒng)時，它需要相當(dāng)長的時間將信息從不位于芯片上的非易失性存儲器傳輸?shù)紻RAM和SRAM。此外,對超越當(dāng)今超大規(guī)模集成電路(very large scale integrat1n,VLSI)制造尺度(即22納米)的這種器件的小型化和集成需求不斷增長，對本領(lǐng)域的從業(yè)人員仍存在重大和持續(xù)的挑戰(zhàn)。使器件在開啟時在操作上無延遲將擴(kuò)大計算機(jī)應(yīng)用并能夠節(jié)能，因為計算機(jī)將不需要處于“開啟”狀態(tài)以確保快速響應(yīng)。
[0010]事實上，到了上述這些缺點表現(xiàn)在每天的計算系統(tǒng)中的程度上時，計算機(jī)應(yīng)用和程序的執(zhí)行和實施正逐漸變得能源低效和高成本。為應(yīng)對一些這類挑戰(zhàn)，近來已經(jīng)提出現(xiàn)有的通用存儲技術(shù)，如磁存儲器(MRAM)和基于自旋轉(zhuǎn)移矩的存儲器(STT-RAM)，即基于無機(jī)自旋濾波器的技術(shù)。例如，利用MRAM的存儲系統(tǒng)通常需要永磁層通過薄絕緣非磁性層與另一鐵磁性層(也稱作“自由層”)隔離，其可以進(jìn)一步利用平行或反平行于永磁體的磁化方向極化而被磁化。通過其他實例，在采用STT-RAM的系統(tǒng)中，通過轉(zhuǎn)移特定電子自旋到自由層而發(fā)生鐵磁自由層的磁化。盡管有自己的優(yōu)勢，然而，當(dāng)在相對高電流要求下操作以磁化自由層時，這些技術(shù)仍需要使用永磁體。此外，采用上述技術(shù)的器件仍然對溫度變化很敏感，這也被認(rèn)為也是一個重大的挑戰(zhàn)。雖然為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的研究和開發(fā)在持續(xù)，但是預(yù)計對數(shù)據(jù)存儲和存儲系統(tǒng)的日益依賴將表現(xiàn)為對整體計算性能的限制因素。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的示例性實施方案涉及利用由有機(jī)手性分子構(gòu)成的自旋濾波器以呈現(xiàn)手性誘導(dǎo)自旋選擇性(Ciss)效應(yīng)的存儲器和邏輯器件，如最近實驗上和理論上所證實的。雖然本文所提供的本公開內(nèi)容包括相當(dāng)粗略的CISS效應(yīng)的討論，但是可以在發(fā)表于TheJournal of Physical Chemistry Letters 中的題為:uChiral-1nduced Spin SelectivityEffect”的出版物中找到對CISS效應(yīng)的全面的理論和實驗研討，其全部內(nèi)容通過引用合并到本文中。
[0012]另外，本發(fā)明示例性實施方案涉及到由分層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的一個或更多個存儲器和/或邏輯器件，該分層結(jié)構(gòu)包括手性有機(jī)分子的有序單層膜。這樣的手性分子布置在一個表面上，在室溫下在該表面上所述分子用作電子自旋濾波器。這樣的電子自旋濾波器可以布置在一個或更多個自由鐵磁層上，由此使從這樣的手性自旋濾波器發(fā)出的電子能夠賦予(通過自旋轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)矩STT)其選定的自旋到自由鐵磁層中的納米粒子上。這樣做時，經(jīng)自選濾波的電子可以改變自由層的自旋極化，從而存儲一個或更多個位的數(shù)據(jù)(例如0、1)。這樣的位可以稍后通過使電流通過自由層以測量該自由層的電阻率來從自由層中讀取，所述電阻率可以依賴于自由層的自旋極化。
[0013]因此，這樣做時，存儲器和/或邏輯器件的公開實施方案適合于在不需要使用永磁體時操作。另外，因為所公開的手性分子的自旋選擇性超過常規(guī)的固態(tài)自旋注入器的自旋選擇性至少一個數(shù)量級，也就是，運行該器件所需功率的量顯著低于常規(guī)器件所需功率的量。有利地是，如下面進(jìn)一步描述，可以實現(xiàn)這些特征和其它特征以提供廉價的、高密度的通用芯片上存儲器，以及，提供一種在單個器件上的組合邏輯和存儲性能的能力。這樣的能力可以有助于整體計算功率，如現(xiàn)代在例如在圖形和圖像識別所使用的大型程序的執(zhí)行中所實現(xiàn)的。
[0014]因此，根據(jù)本技術(shù)的一個示例性實施方案，公開了一種自旋選擇性器件，該器件包括包含鐵磁材料的第一層。該自旋選擇性器件還包括耦接到第一層的第二層。第二層包括具有特定手性的至少一個分子，使得當(dāng)電流在第一層與第二層之間流動時使鐵磁材料的一個或更多個區(qū)域變?yōu)檠匾欢ǚ较虼艠O化。
[0015]根據(jù)本技術(shù)的其他方面，公開了一種運行存儲單元的方法，該方法包括:通過包含鐵磁材料的第一層接收電流，以及通過耦接到第一層的第二層接收電流。根據(jù)本技術(shù)，第二層包括具有特定手性的多個分子，并且其中，該手性基于電流對鐵磁材料中的一個或更多個區(qū)域中的自旋極化進(jìn)行限定。
[0016]根據(jù)本技術(shù)的其他方面，公開了一種邏輯單元。該邏輯單元包括:包含鐵磁材料的第一層，以及耦接到第一層的第二層。根據(jù)本技術(shù)，第二層包括包含第一特定手性和第二特定手性的多個分子，并且其中，特定手性中的每一種適合于確定當(dāng)電流在第一層與第二層之間流動時鐵磁材料的一個或更多個區(qū)域的自旋極化。
[0017]本發(fā)明的其它方面涉及其中公開存儲讀取器件的實施方案。因此，所公開的存儲讀取器件由與關(guān)于上述自旋選擇性器件所提到的元件類似的元件形成。所公開的存儲讀取器件還包括具有布置在金屬層之上的多個手性分子，另外覆蓋鐵磁層的分層結(jié)構(gòu)。
[0018]所公開的存儲讀取器件通過使該器件經(jīng)受激光以從分子發(fā)射光電子來由此在襯底內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對來進(jìn)行操作。新產(chǎn)生的空穴成為經(jīng)自選濾波的，這是因為這些空穴穿過下面的手性層(如由Ciss效應(yīng)所提供的)，最終遷移到下面的金屬層。因此，根據(jù)下面的鐵磁層的磁化和遷移的空穴的手性，能夠測量在金屬層與鐵磁層之間的電壓以提供作為鐵磁層的磁化方向的指示。因此，鐵磁層可以應(yīng)用于可以利用所測得的電壓來讀取的磁存儲器件，如硬盤。因而，當(dāng)器件通過激光照射時，鐵磁層內(nèi)具有平行于那些遷移到金屬層的空穴的自旋排列的磁化(如可以通過存儲器件(即，盤)來確定的)的區(qū)域提供與當(dāng)鐵磁層內(nèi)區(qū)域的磁化反平行于遷移到金屬層的空穴排列時獲得電壓讀數(shù)顯著不同的電壓讀數(shù)。因此，所公開器件的運行是基于在納米尺度下發(fā)生的固有光誘導(dǎo)自旋極化的電子轉(zhuǎn)移過程的，因此，消除了對于使用外部電流源的需要。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了更好地理解本文中所公開的主題，并舉例說明在實踐中如何實施該主題，現(xiàn)將參照附圖，僅通過非限制性示例描述實施方案，其中:
[0020]圖1示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的粒子移動通過電荷分布的軌跡；
[0021]圖2示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的手性誘導(dǎo)的自旋選擇性；
[0022]圖3示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的存儲器件40的框圖；
[0023]圖4示出了根據(jù)本技術(shù)的示例性實施方案的存儲器件的側(cè)視圖；
[0024]圖5示出了根據(jù)本技術(shù)的示例性實施方案的圖4的存儲器件的俯視圖；
[0025]圖6示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的與圖6所示的器件相關(guān)的曲線圖；
[0026]圖7示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的與圖4和圖5所示的器件相關(guān)聯(lián)的另一曲線圖；
[0027]圖8示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的存儲器件的模型圖(mask plan)的側(cè)視圖；
[0028]圖9示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的在集成電路(IC)中實施的存儲器件的透視圖；
[0029]圖10示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的適合于稱為存儲讀取器的一部分的器件150 ；
[0030]圖11示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的與圖10所示的器件相關(guān)聯(lián)的能量圖；
[0031]圖12示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的圖10的器件的另一圖示；
[0032]圖13示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的與圖12所示的器件相關(guān)聯(lián)的能量圖；
[0033]圖14示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的與圖10和圖12所示的器件相關(guān)聯(lián)的電壓與時間的關(guān)系的曲線圖；
[0034]圖15示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的與圖10和圖12所示的器件相關(guān)聯(lián)的自旋極化與磁場強(qiáng)度的關(guān)系的曲線圖；
[0035]圖16示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的與圖10和圖12所示的器件相關(guān)聯(lián)的電壓與時間的關(guān)系的另一曲線圖；
[0036]圖17示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的與圖10和圖12所示的器件相關(guān)聯(lián)的自旋極化與磁場強(qiáng)度的關(guān)系的另一曲線圖；以及
[0037]圖18示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的與圖10和圖12所示的器件相關(guān)聯(lián)的物理結(jié)構(gòu)。

【具體實施方式】
[0038]現(xiàn)在參見附圖，根據(jù)本技術(shù)的實施方案，圖1示出了帶電粒子移動通過具有螺旋線電荷分布12的分子的軌跡10。帶電粒子10可以是電子，其特征還在于其固有的自旋；和動量P。螺旋線12的電荷分布，如圖1所不，可以是有機(jī)分子的分布，所述有機(jī)分子如DNA分子或由例如某些核酸、肽、螺旋烴、聚噻吩等構(gòu)成的其它螺旋分子。螺旋電荷分布12的特征還在于螺旋線半徑R、間距P和沿分子12的縱軸布置的電荷間距。手性分子如分子12的特征還在于一定的空間和幾何不對稱性，也被稱為手性或螺旋性。因而，例如，分子12的螺旋結(jié)構(gòu)可以使其作為左旋手性分子或右旋手性分子。雖然本技術(shù)的示例性實施方案可以利用螺旋手性分子，但是本技術(shù)也可應(yīng)用于其它類型的手性分子，即那些不一定具有螺旋結(jié)構(gòu)的手性分子。
[0039]因此，移動通過手性分子(如分子12)的帶電粒子(即電子)受到一定的電磁力，其特征可以在于電荷、自旋和速度之間形成的耦合，以及從分子12的分子分布產(chǎn)生的周圍的電磁場。如發(fā)表在The Journal of Physical Chemistry Letters的題為:^Chiral-1nduced Spin SelectivityEffect”的出版物中所示出的，并且其全部內(nèi)容通過引用并入本文，粒子10通過手性分子(如那些由分子12形成的手性分子)的移動，產(chǎn)生了手性誘導(dǎo)的自旋選擇性(CISS)效應(yīng)。根據(jù)CISS效應(yīng)，例如，經(jīng)歷手性電位(給定的螺旋性，例如，右旋的)的電子(由此其動量和固有自旋彼此反平行取向)將比通過具有彼此平行定向的自旋和動量的電子更自由地通過分子傳播。
[0040]圖2還示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的手性誘導(dǎo)的自旋選擇性。在一個示例性實施方案中，帶電粒子(即電子20、22、24、26和28)穿過具有特定手性(例如右旋手性)的雙鏈分子18(例如DNA分子)(本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)理解所示電子的標(biāo)記僅僅為了說明基本物理概念的目的)。因此，電子20-28可以形成橫過雙鏈分子18所形成的電流的一部分。如所示出的，粒子20-28的全部移動到右邊，其中粒子20、24和26具有定向為左的自旋矢量(所附箭頭所示)，即反平行于粒子20、24和26的運動方向，而粒子22和28具有沿平行于粒子的運動方向取向的自旋矢量。根據(jù)CISS效應(yīng)，粒子20、26和28在穿過分子18的長度方面比粒子22和粒子28擁有顯著更高的概率。換句話說，具有特定手性的分子18可以用來過濾那些沿某一方向移動并且具有以規(guī)定的方式相對于其速度的自旋取向的粒子，即在圖2所示情況下為反平行。出于同樣的原因，根據(jù)CISS效應(yīng)，具有沿平行于其運動方向排列的自旋的粒子在穿過左旋手性分子時將比具有彼此反平行排列的上述矢量的那些帶電粒子擁有更大的可能性。
[0041 ] 因此，如圖3所示，手性分子與前述CISS效應(yīng)一起可以作為濾波器件，通過該濾波器件的粒子的自旋可以選擇用于其他用途。因此，圖3描述了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的存儲器件40的框圖。器件40利用手性分子和CISS效應(yīng)以根據(jù)由納米粒子構(gòu)成的鐵磁(自由)單分子層來寫入數(shù)據(jù)和/或讀取數(shù)據(jù)。因此，器件40是由兩個底部金屬接觸層42和44構(gòu)成，其上分別布置有手性層46和手性層48。手性層46和手性層48的每一個均可以由一個或更多個手性分子構(gòu)成，如合成的DNA分子或具有期望螺旋結(jié)構(gòu)的其他分子(例如在某些核酸、肽、螺旋烴、聚噻吩等中得到的那些分子)。在所示實施方案中，手性層46可以是例如R(右旋)型，而手性層48可以是S(左旋)型。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解根據(jù)通過使其取代基各自分配一個優(yōu)先級的系統(tǒng)，根據(jù)Cahn-1ngold-Prelog優(yōu)先規(guī)則(CIP),基于原子序數(shù)，上述R/S對映異構(gòu)體對應(yīng)于各個手性中心R或S。
[0042]如進(jìn)一步所示，手性層46和手性層48的每一個均由自由鐵磁層50覆蓋，自由鐵磁層50由大量期望尺寸為約50納米的納米粒子交替組成，該層50可以由鐵磁薄膜構(gòu)成以保持層50的鐵磁特性。因此，鐵磁層50適合于被磁化使得布置在其中的粒子/疇可以變成沿某一選擇的方向排列。另外，在層50的頂部布置有金屬層52,金屬層52適合于與底部金屬層42和底部金屬層44結(jié)合使用，用于使電流(即帶電粒子)通過器件40用于讀取和/或?qū)懭氩僮鳌?br> [0043]因此，可以利用器件40與CISS效應(yīng)一起通過使層42或?qū)?4之間的電子的電流通過鐵磁結(jié)構(gòu)50和頂部金屬層52來在鐵磁層50上寫入和存儲存儲位。例如，寫入操作可以通過使用存儲器件40通過電子從底部金屬層42向上部金屬層52流動建立電流來實現(xiàn)。這樣做時，手性R層起自旋濾波器的作用以僅轉(zhuǎn)移自旋處于反平行于向上移動電子的運動的向上流動的那些電子。一旦這樣的經(jīng)過濾的電子進(jìn)入鐵磁自由層50后，電子將其經(jīng)選擇的自旋(如通過自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)實現(xiàn)的)賦予到構(gòu)成層50的納米粒子上，以使層50沿特定方向磁化。根據(jù)本技術(shù)，可以改變層50內(nèi)的納米粒子的自旋極化，以在層50上寫入數(shù)據(jù)的一個或更多個位(例如O、I)。
[0044]類似地，可以通過在層44與層52之間建立電流來改變鐵磁層的自旋極化以獲得以上磁化的第二狀態(tài)，其中手性S層48可以過濾僅具有處于平行于電子運動的向上方向的自旋的那些電子。因此，這樣的經(jīng)過濾的電子將其自旋賦予鐵磁層50，即將其自旋轉(zhuǎn)移到鐵磁層50，使得層50內(nèi)的納米粒子可以成為與如上所述的電流在層42與層52之間流動時的取向相反的自旋取向。此外，可以通過使得電流通過手性層R和手性層S獲得磁化的第三狀態(tài)，使得鐵磁層50達(dá)到無凈磁化，隨著由層46和層48中的每一個所過濾的電子將賦予鐵磁層50與其相反的自旋，從而相互抵消。
[0045]因此，如上所述，器件40可以實現(xiàn)磁化的三(3)種狀態(tài)，即相對于層50的磁化方向為1、-1、0，即分別為沿第一方向的磁化、與第一方向相反的磁化或不磁化。如下面進(jìn)一步描述的，當(dāng)由器件40 (和由類似于器件40的那些器件，參見下面的圖4、5、8和9)實現(xiàn)時，磁化的三種狀態(tài)可以用在各種邏輯操作中，例如，在標(biāo)準(zhǔn)計算邏輯中實現(xiàn)XOR運算。
[0046]另外，根據(jù)上述寫入操作，可以進(jìn)一步讀取器件40以獲取存儲在器件40上的數(shù)據(jù)位。因此，器件40的讀取操作可以通過使金屬層42或44之一與金屬層52之間通過低電流來實現(xiàn)。這樣做時，如果自由鐵磁層50沿等同于自旋轉(zhuǎn)移的方向(即經(jīng)過濾的電子的自旋方向)的方向自旋極化時，所示出的結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生相對高的電阻率測量值，其不同于磁化沿與自旋轉(zhuǎn)移的方向相反的方向定向時的電阻率測量值。有利地是，用于讀取器件40的電流顯著低于那些用于在器件40上寫入數(shù)據(jù)的電流。另外，應(yīng)該記住的是，如由器件40所形成的存儲單元是示例性的，并且本技術(shù)設(shè)想在大規(guī)模器件中集成大量這樣的單元用于提供了與現(xiàn)代和未來的計算需求兼容的強(qiáng)大的存儲功能。
[0047]因此，圖4示出了根據(jù)本技術(shù)的示例性實施方案的另一存儲器件60的側(cè)視圖。類似地，圖5示出了根據(jù)本技術(shù)的示例性實施方案的圖4所示的器件的俯視圖。所描繪的存儲器件60利用手性分子，例如上述的那些分子，結(jié)合CISS效應(yīng)使用用于實現(xiàn)沿期望方向磁化自由鐵磁層的自旋濾波器。當(dāng)利用標(biāo)準(zhǔn)的超大規(guī)模集成(VLSI)方法時，器件60可以制造成達(dá)到微米大小尺度。因此，存儲器件60可以由多層構(gòu)成，其中各層可以適合于提供用于操作器件60的某些所需功能。
[0048]因此，在示例性實施方案中，器件60由硅襯底62構(gòu)成，在襯底62之上蒸鍍底部金(Au)接觸體64。器件60還包括二氧化硅(S12)層66，其利用例如化學(xué)氣相沉積和/或類似方法可以生長至500 nm的寬度。器件60還包括布置在進(jìn)一步布置在二氧化硅層66內(nèi)的位點內(nèi)創(chuàng)建的40 X 50 μ m2窗口的手性分子68。在所示的示例性實施方案中，手性分子64由聚丙氨酸構(gòu)成，然而，本技術(shù)的其他實施方案可以包括由各種材料構(gòu)成的手性分子，例如，但不限于合成的DNA分子或其它螺旋分子，例如在某些核酸、肽、螺旋烴、聚噻吩等中獲得的那些分子。
[0049]器件60還包括可以蒸鍍在層66上的氧化鋁層(Al203) 70。在所示的示例性實施方案中，氧化鋁層70為一納米厚，并且適合于用作隧道勢壘。存儲器件60還包括20納米的可以蒸鍍在層70上的鐵磁鎳(Ni)層72。層72適合于用作自由鐵磁層，該自由鐵磁層適合于根據(jù)接收的具有沿著優(yōu)選方向排列的特定自旋極化的經(jīng)自選過濾的電子而被磁化。此夕卜，該器件60包括由在Ni層74之上蒸鍍的由金(Au)構(gòu)成的頂層74。金層74適合于提供接觸體(參見俯視圖5)用于在器件60內(nèi)建立電流以在器件60上寫入或從器件60讀取數(shù)據(jù)。
[0050]因此，如圖3所示，存儲器件60可以以類似于參照存儲器件40所描述的方式寫入以存儲單個或更多個數(shù)據(jù)位。因而，當(dāng)在硅襯底62與金接觸體74之間建立電流時，從底部金層64噴射出的電子通過手性聚丙氨酸層68和Ni層轉(zhuǎn)移。由于如通過手性分子68所實現(xiàn)的CISS效應(yīng)，進(jìn)入鐵磁層70的電子根據(jù)分子的手性以及在硅層62與金接觸體74之間存在的電流的方向來自旋極化。例如，在電子的自旋主要沿反平行于其速度取向的情況下，進(jìn)入鎳層72的這些電子將旋轉(zhuǎn)扭矩轉(zhuǎn)移到層72，從而使層72磁化。這樣做時，磁化層72的電阻率增加?？梢詼y量這種電阻率的增加(如在讀取操作中進(jìn)行的)以指示層72所獲得的具體磁化強(qiáng)度。
[0051]如進(jìn)一步示出的，形成手性分子(例如，分子68)的混合層由貫穿器件60的長度布置的位點組成。因此，在制備形成手性分子68的混合層時，將器件60浸入無水乙醇中20分鐘，之后浸入到包括有機(jī)分子68的I mM的乙醇溶液中過夜。這個過程使自組裝分子形成均勻、緊密堆積的單分子層。之后，通過用乙醇清洗器件60若干次來除去過量的有機(jī)分子。最后，用氮氣干燥器件60。在惰性氣氛下進(jìn)行上述處理。
[0052]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解上述制造方法有利于沿器件60內(nèi)各位點布置手性分子68，由此每個位點可以包括沿優(yōu)選方向(即所期望的右旋或左旋)取向的手性分子。這樣做時，器件60適合于存儲多個數(shù)字位，當(dāng)電流通過每個位點68以確定沿著層72布置的區(qū)域的自旋極化時，數(shù)字位可以寫在Ni層72上。因而，在本技術(shù)的示例性實施方案中，層68的第一位點可以選擇為具有特定手性，使得當(dāng)電流通過該位點時，Ni層72的覆蓋第一位點的部分將獲得沿著特定的方向的(所謂的+1)自旋磁化(如通過CISS及STT所實現(xiàn)的)。類似的，層68內(nèi)的第二位點可以選擇為具有不同手性的分子，使得通過該位點的電流將實現(xiàn)與由層中的第一位點產(chǎn)生的磁化相反(即，-D的層72的磁化。
[0053]雖然上述的磁化狀態(tài)可以用來存儲兩個不同的存儲位，如那些通常用于存儲數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的位，即0、1，器件60還可以用于實現(xiàn)磁化的第三狀態(tài)，當(dāng)以上Ni層72的磁化的兩種狀態(tài)相結(jié)合時，實現(xiàn)了層72的無凈磁化的狀態(tài)，即O。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解如鐵磁層72所獲得的磁化的三種狀態(tài)(即+1、-1和O)使器件60能夠操作作為邏輯門，例如X0R，例如在標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)邏輯中通常使用的邏輯門。另外，可以通過在硅層62與金層74之間建立的電流從器件60讀取存儲在器件60上的數(shù)字位。這樣的電流可以用于測量沿著器件60的電阻率用于確定沿鐵磁層72的自旋極化。根據(jù)本技術(shù)，如果Ni層72沿與通過手性層68的電子自旋轉(zhuǎn)移到Ni層72上的方向相同方向進(jìn)行自旋極化，所測得的電阻率與當(dāng)鐵磁層的自旋極化沿與所轉(zhuǎn)移的自旋方向相反的方向定向時相比相對高。因此，這樣的電阻率測量值確定了 Ni層72的極化狀態(tài)，并且因此，提供讀取存儲在器件60上的所存儲的數(shù)據(jù)位，即O或I。
[0054]圖6示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的與圖4和圖5所示的器件相關(guān)聯(lián)的曲線圖80。如圖6所示的曲線80呈現(xiàn)了在不存在外部磁場的情況下器件60的鎳層72的磁化。對于在器件兩端施加恒定電壓-2.5 V，曲線圖80示出了電阻隨時間增加直至達(dá)到最大值為止。因此，電阻的變化是貫穿器件60的層72的磁化效應(yīng)的結(jié)果。對于20 nm厚的Ni層72，退磁發(fā)生得比較快，同時顯示出對溫度的強(qiáng)依賴性。如曲線圖80的附加曲線進(jìn)一步示出的，當(dāng)向器件60施加外部磁場(0.5 T和I T)時，整體測量電阻增加，進(jìn)一步提供了在層72內(nèi)發(fā)生磁化的證據(jù)。因此，對于具有0.5 T大小的場，S卩，剛低于磁化Ni層72所需要的飽和場的場，對一組電壓和電流測量值進(jìn)行了比較。該比較是當(dāng)器件60相對于所施加磁場旋轉(zhuǎn)時進(jìn)行的，使得手性分子的長軸平行與該場排列(例如，相對于器件為0°的場)，由此電子從金層64流到鎳層72。
[0055]在這樣的結(jié)構(gòu)中，如圖6所看出的，所測的電阻將增加。然而，如果電子的流動與上述方向相反(例如，相對于器件為180°的場)，鎳層72內(nèi)的磁化將與穿過手性分子的電子所轉(zhuǎn)移的自旋相反，在該情況下注入鎳層72中的自旋是載流子中的少數(shù)，由此提供較低的電阻測量值。另外，當(dāng)分子的軸垂直于磁場(在我們的標(biāo)記中為90° )時，注入了相等概率的與磁場平行或反平行的自旋。
[0056]圖7示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的與圖4和圖5所示的器件60相關(guān)聯(lián)的另一曲線圖90。該圖示出了如器件60實現(xiàn)的存儲效應(yīng)。具體地，通過Ni層在-15 V下的磁化來實現(xiàn)在器件上寫入，而使用較低電壓如-2 V或+2 V實現(xiàn)器件的讀取。對于2 V，最初發(fā)生少數(shù)載流子的自旋轉(zhuǎn)移，使得最初測得低電阻，該低電阻隨時間增加。在使用-2 V讀取的情況下，測得初始高電阻，其中多數(shù)自旋被注入。因此，這樣的在器件60上寫入或者從器件60中讀取可重復(fù)，在觀察的第一秒期間在-2 V電阻測量值與+2 V電阻測量值之間的電阻測量值有顯著差別(至少一個數(shù)量級)。
[0057]圖8示出根據(jù)本技術(shù)的實施方案的存儲器件100的模型的側(cè)視圖。因此，模型圖(mask plan)可以是通過圖4和圖5所示的存儲器件的模型圖，或利用手性分子的CISS效應(yīng)采用上面所討論的用于實現(xiàn)存儲器件的原理方法的類似器件的模型圖。因此，模型100可以是說明各VLSI層的部件及其功能性的硅基器件的模型。如圖8所示，存儲器件包括:包括源極/漏極部分的頂部娃層102,及具有源極/漏極104和106的底部娃層。頂部源極/漏極部件和底部源極/漏極部件102-106分別適合于建立通過存儲器件100的電流，使得可以在器件100上寫入或從器件100中讀取數(shù)據(jù)。布置在底部源極/漏極層與頂部源極/漏極層之間的是包括第一多個手性分子108和第二多個手性分子110的電介質(zhì)層。在所示的示例性實施方案中，分子108的手性與分子110的手性相反布置。因此，應(yīng)牢記的是，示出的模型圖100僅示出了用于存儲單個數(shù)據(jù)位的示例性納米尺寸的存儲單元，然而，本技術(shù)設(shè)想放大了這種模型圖，以有利于制造適合于存儲和/或處理非常大數(shù)量的位的大得多的器件，如將在現(xiàn)代存儲器件和邏輯器件中所使用的。因此，如圖8所示，即使不是數(shù)以百萬計地，也可以大量使用這種器件的復(fù)制。
[0058]如進(jìn)一步示出的，器件100包括適合于被經(jīng)自旋過濾的電子磁化的鐵磁層112，經(jīng)自旋過濾的電子的自旋可以被賦予到層112上以向器件100寫入數(shù)據(jù)位。因而，例如，在操作中，可以在源極/漏極104與源極/漏極102之間建立電流，使得電子可以通過手性分子108向上移動以沿由手性分子108的手性規(guī)定的方向使層112磁化。在源極/漏極106與源極漏極102之間可以建立類似的電流，使得手性分子110可以過濾電子的自旋以產(chǎn)生與分子108產(chǎn)生的磁化相反的層112的磁化。然而，在寫入的另一種模式中，源極漏極104和源極漏極106兩者均可以用于驅(qū)動電流通過器件100，使得鐵磁層102將獲得無凈磁化。此夕卜，層12的磁化的上述三種狀態(tài)可分別表示為+1、-1和0，為器件100提供基于邏輯的操作性，例如，XOR門所使用的。
[0059]一旦器件100被寫入以存儲位，即鐵磁層沿優(yōu)選方向被磁化時，這樣的位可以在稍后時間讀取和獲取。器件100的這樣的讀取操作可以通過使電流在源極/漏極104和106與源極漏極102之間通過來執(zhí)行，使得可以測量鐵磁層112的電阻率以提供該層的磁化狀態(tài)的指示。因而，與上述標(biāo)記+1、_1和O對應(yīng)的每個磁化的狀態(tài)，將提供層112的不同的電阻測量值，從而能夠讀取存儲在器件100上的位。應(yīng)當(dāng)注意的是，根據(jù)本技術(shù)，用于讀取器件100的電流的大小顯著低于用于在器件100上寫入數(shù)據(jù)的電流的大小。
[0060]根據(jù)本技術(shù)的實施方案，圖9是如在集成電路(IC)中實現(xiàn)的存儲器件130的納米計量的陣列結(jié)構(gòu)的透視圖。因此，器件130由多個存儲元件132構(gòu)成，例如參考圖8描述的那些元件。器件130還包括源極/接觸點134、字線136、金屬線138和位線140。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，所公開的構(gòu)造中的陣列適合于執(zhí)行在器件130上寫入數(shù)據(jù)和/或從器件130中讀取數(shù)據(jù)時沿接觸點134-140施加的電壓的時序。另外，當(dāng)操作作為基于邏輯的器件時，形成器件130的陣列可以實現(xiàn)XOR邏輯器件，使得當(dāng)驅(qū)動電流通過兩個引線時磁化是0，而驅(qū)動電流通過引線之一時鐵磁層被磁化。因此，器件130可以包括多個存儲元件和邏輯元件(例如由上述圖1至圖8所述)，并且適合于耦接到更大的存儲器和/或邏輯器件，以及集成計算機(jī)處理元件和/或存儲器件、和/或成為計算機(jī)處理元件和/或存儲器件的部分，例如那些分別在現(xiàn)代計算和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中使用的那些。
[0061]圖10示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的適合于成為存儲讀取器的一部分的器件150。自旋電子器件150采用光激發(fā)以及手性分子和CISS效應(yīng)以確定自由磁性層的自旋極化。這樣的磁性層可以包括納米粒子，其大小可以是50納米數(shù)量級，或者，可替代地磁體層可以由鐵磁薄膜或其它適合的鐵磁材料構(gòu)成。如進(jìn)一步示出的，器件150包括在金屬層154上形成自組裝層的手性DNA分子152的頂層，例如但不限于銀(Ag)。手性分子通過硫醇基結(jié)合到層154的表面上，而染料分子(Cy3)附接到手性分子152的另一個(頂)端。器件150還包括底部鐵磁層156，如鎳(Ni)，在底部鐵磁層156上方布置有氧化鋁層158。器件150可以應(yīng)用于存儲器件，如硬盤，如圖10所示作為層160。因此，層160可以由貫穿其一個或更多個區(qū)域具有規(guī)定自旋磁化的磁材料制成的。
[0062]在操作中，器件150可以由例如藍(lán)色(419 nm，100 μ W)CW激光，或由綠色(532 nm,
3.5 μ W) CW激光(這兩者都可以在規(guī)定的頻率下進(jìn)行斬波，如137 Hz)產(chǎn)生的相干電磁輻射激發(fā)。因此，在對染料分子進(jìn)行光激發(fā)時，在分子152內(nèi)形成電子空穴對，從而空穴從染料分子152轉(zhuǎn)移到銀襯底154。這種空穴的轉(zhuǎn)移可以由銀膜154與接地鎳層膜156之間測量的正電壓表示。進(jìn)而，空穴轉(zhuǎn)移是電子從銀襯底154轉(zhuǎn)移到光激發(fā)染料152的指示，如通過DNA分子152的最高占據(jù)分子軌道(HOMO)所實現(xiàn)的。因此，根據(jù)CISS效應(yīng)，這些電子更容易傳遞通過DNA分子152，那些具有其自旋沿反平行于其動量的方向定向的分子152，最終導(dǎo)致銀層154成為帶有特定自旋空穴的正電荷。
[0063]根據(jù)圖10所示的實施方案，器件150對磁性器件(例如硬盤160)的應(yīng)用可以使Ni層156的磁矩(指向下的白色箭頭)反平行于電子自旋從銀層154通過手性分子152傳遞到染料的速度排列。這通過圖11進(jìn)一步示出，因為來自Ni層156中的剛好低于費米能級的電子被注入到銀層154中，從而使銀層154被中和。因而，在空穴從染料152轉(zhuǎn)移到銀層154之后，即空穴已被填充之后，還發(fā)生了電子從激發(fā)的染料152轉(zhuǎn)移，從而在特征時間內(nèi)(通常為亞納秒)使層152完全中和，以使染料152返回到其原始的初始狀態(tài)。然而，由于從銀層154到染料152的電子轉(zhuǎn)移速率(或從染料到銀的空穴轉(zhuǎn)移速率)大于反向的轉(zhuǎn)移速率，所以染料152的恒定光照在銀層154上產(chǎn)生電荷的穩(wěn)定狀態(tài)，這可以通過相對于鎳層156 (其在所示實施方案中保持接地)的正電壓讀數(shù)來表示。因此，基于AlOx層158的電阻，通常約IK Ω，g卩，在沒有施加外部磁場的情況下，可以估計所轉(zhuǎn)移的電荷的量?？梢詼y得的典型電壓為約I μ V，使用激光(例如，波長532 nm)在3.5yW下操作時。這樣的電壓表示從銀層154到染料分子152的轉(zhuǎn)移為約6.3X 19電子/秒。另外，在本技術(shù)的示例性實施方案中，器件150可以使層152具有約?113分子/cm2的密度。因此，在器件(例如器件150)具有10_8 cm2的表面積的情況下，表面上的每個染料分子能夠以平均約6.3X 14次/秒的速率獲得電子。
[0064]另外，相比之下，根據(jù)圖12所示的實施方案，器件150對磁性器件(例如硬盤160)的應(yīng)用，其中Ni層156的磁矩(指向上的白色箭頭)平行于自旋從銀層154通過手性分子152轉(zhuǎn)移到染料的速度排列。因此，在其中鎳層156沿相反方向極化(即與圖10所示的方向相反)的這樣的布置中，具有適當(dāng)取向的自旋的若干電子可以用于填充在銀層154中產(chǎn)生的特定自旋空穴中的空位，這可以由器件150的輻照導(dǎo)致。因而，與圖10所示的其中在上述層之間存在較高電壓的構(gòu)造相比，在層154與層156之間測得較低電壓。這由圖13進(jìn)一步示出，這是因為從Ni層156中被注入銀層154中的剛好低于費米能級的電子數(shù)目少于那些相反構(gòu)造(即圖10和圖11)可獲得的數(shù)目。
[0065]因此，由器件150獲得極化的兩種狀態(tài)，分別如圖10和圖12所示，可以提供用于指示層156的極化狀態(tài)的不同且獨立的電壓讀數(shù)，進(jìn)而，可以提供磁化器件150如存儲硬盤
160的讀數(shù)。因此，器件150自旋極化P可以定義為=其中Vt I表示在沒有施加外部磁場情況下的電壓，使得其表示當(dāng)兩種自旋均可從Ni層156注入時(S卩，當(dāng)沒有磁化施加到Ni層156時)的電壓。因而，如果施加磁場以極化Ni層156時，在銀層154與鎳層156之間測量的電壓根據(jù)所施加的磁場的方向變化。因此，如果Ni層156的磁矩指向有機(jī)層(即，層152)，則電壓Vt>V| (其中^或￥,對應(yīng)于層154與層156之間產(chǎn)生的電壓，其中Ni層156的磁化指向平面的里面或外面，分別如圖10和圖12所示)。因而，平行于電子磁矩排列的磁場測量的較高電壓指示從銀層154通過分子152轉(zhuǎn)移的電子的自旋反平行于其速度排列。
[0066]圖14至圖18示出了根據(jù)本技術(shù)的示例性實施方案的與圖10和圖12所示的器件相關(guān)的各種曲線圖。因此，圖14示出了示出在器件150的層(Ag)154與層(Ni)156之間測量電壓的曲線圖180。因而，曲線182示出了器件150沒有層152的情況，即沒有雙鏈DNA吸附于器件的情況下(T = 290 K ；532 nm激光)。另外曲線184示出了器件150包括具有雙鏈DNA/Cy3層吸附于其上的手性層152的情況。曲線184在器件150由635 nm的激光照射下得到。另外，曲線圖180的曲線186示出了對于吸附的雙鏈DNA/Cy3分子，S卩，器件150的層152在532 nm的照射下作為時間的函數(shù)的測量電壓。如曲線186所示，電壓隨時間的變化是由沿指向或遠(yuǎn)離形成層152的有機(jī)膜定向的磁場(0.45T)引起的。另外，曲線188示出了在沒有施加磁場的情況下，當(dāng)吸附了形成層152的分子并在532nm照射下時，在器件150的層154與層156之間的測量電壓。
[0067]根據(jù)本發(fā)明技術(shù)，圖15示出了示出作為磁場強(qiáng)度H的函數(shù)的測量的自旋極化P的圖示。如圖表190清晰地示出的，P的增加與磁場強(qiáng)度的增加相關(guān)。這樣的增加反映了剛好低于費米能級的在多數(shù)與少數(shù)自旋態(tài)密度之間比率的相對變化，分別如圖11和圖13所示。因而，隨著磁場的增加，在上述自旋態(tài)之間的比率也會增加。
[0068]另外，圖16示出了曲線圖200，進(jìn)一步示出在銀層154與鎳層156之間的電壓與時間分布圖，其中在290K和80K條件下指向或遠(yuǎn)離(例如黑箭頭所示)有機(jī)手性層152施加磁場。圖17不出圖表210,通常不出由P依賴于溫度的方式。
[0069]圖18示出了根據(jù)本技術(shù)的實施方案的與圖10和圖12所示的器件相關(guān)聯(lián)物理結(jié)構(gòu)250。結(jié)構(gòu)250是基于器件(例如，由圖10和圖12所示的存儲讀取器件150)的自旋電子的物理實現(xiàn)。另外，結(jié)構(gòu)250可以以微米尺度的尺寸并且根據(jù)VLSI方法制造。因此，結(jié)構(gòu)示出了耦接到銀層154的金接觸體252，以及耦接到鎳層254的金接觸體和254。金屬觸252和254適合于提供測量層252與層254之間的電壓的能力，用于確定Ni層156的自旋極化，如圖10和圖12所示。
[0070]形成結(jié)構(gòu)250的器件可以通過光刻法隨后通過在硅(〈100〉，每平方厘米400 Ω)襯底上的電子束蒸鍍來制備。根據(jù)本技術(shù)，在5 nm鈦粘附層上蒸鍍寬Iym長I mm，和厚150nm的Ni線156。通過原子層沉積來沉積約0.5 nm厚的AlOx層158。在沒有任何粘合層的情況下蒸鍍頂部50 nm厚的垂直Ag線154。另外，制造金接觸體252和254用于引線接合，并且其厚度為150 nm。
【權(quán)利要求】
1.一種用于選擇自旋的器件，包括: 包含鐵磁材料的第一層；以及 耦接到所述第一層的第二層，其中，所述第二層包括具有特定手性的至少一個分子，使得當(dāng)電流在所述第一層與所述第二層之間流動時使所述鐵磁材料的一個或更多個區(qū)域變?yōu)檠匾欢ǚ较虼艠O化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述一個或更多個區(qū)域中的所述磁極化的區(qū)域的方向包含能夠存儲在所述器件上的可寫入數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中，存儲在所述器件上的數(shù)據(jù)位能夠通過使電流在所述第一層與所述第二層之間通過而從所述器件讀取。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的器件，其中，用于從所述自旋器件讀取所述數(shù)據(jù)位的所述電流顯著低于用于使所述鐵磁層的所述一個或更多個區(qū)域磁極化的所述電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的器件，其中，所述鐵磁層包含納米粒子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的器件，其中，所述第二層包含具有一個特定螺旋性的手性分子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的器件，其中，所述第二層包括自組裝單分子層(SAM)，所述自組裝單分子層包括多肽、或蛋白質(zhì)、或DNA、或PNA、或螺旋烴、或手性導(dǎo)電聚合物或其組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的器件，其中，所述鐵磁層的所述一個或更多個區(qū)域的所述自旋極化能夠通過測量存在于所述第一層的電阻來確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的器件，其中，所述第一層和所述第二層集成在硅基器件內(nèi)，所述娃基器件利用超大規(guī)模集成(very large scale integrat1n, VLSI)或特大規(guī)模集成(ultra large scale integrat1n, ULSI)制造。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，其中，所述硅基器件包括作為源極和/或漏極的至少兩層，使得所述第一層和所述第二層布置在作為源極和/或漏極的所述至少兩層之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的器件，包括耦接到所述第二層的金屬層，其中當(dāng)所述器件應(yīng)用于存儲單元時在所述金屬層與所述第一層之間產(chǎn)生電壓，并且其中所述電壓值適合于提供所述存儲單元的一個或更多個區(qū)域的磁化狀態(tài)的指示，由此配置所述器件并且所述器件能夠操作用于讀取存儲在所述存儲單元中的數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其中，響應(yīng)于電磁輻照，產(chǎn)生在所述第一層與所述第二層之間的電荷分離。
13.一種存儲器件，包括根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的器件。
14.一種邏輯單元，包括根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的器件，其中，所述第二層包括多個特定手性的分子，所述多個分子包含第一特定手性和第二特定手性，以及其中，當(dāng)電流在所述第一層與所述第二層之間流動時，所述特定手性中的每一個均適合于確定所述鐵磁材料的一個或更多個區(qū)域的自旋極化。
15.一種邏輯單元，包括: 包含鐵磁材料的第一層；以及 耦接到所述第一層的第二層，其中，所述第二層包括包含第一特定手性和第二特定手性的多個分子，以及其中，當(dāng)電流在所述第一層與所述第二層之間流動時，所述特定手性中的每一個均適合于確定所述鐵磁材料的一個或更多個區(qū)域的自旋極化。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的邏輯單元，包括:當(dāng)所述電流流過包括包含所述第一手性的所述多個分子的區(qū)域時，所述鐵磁層的所述一個或更多個區(qū)域的所述自旋極化的第一狀態(tài)；當(dāng)所述電流流過包括包含所述第二手性的所述多個分子的區(qū)域時，所述鐵磁層的所述一個或更多個區(qū)域的所述自旋極化的第二狀態(tài)；以及當(dāng)所述電流流過包括包含所述第一手性和所述第二手性的所述多個分子的區(qū)域時，所述鐵磁層的所述一個或更多個區(qū)域的所述自旋極化的第三狀態(tài)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項所述的邏輯單元，其中，所述鐵磁層的所述一個或更多個區(qū)域的所述自旋極化的所述狀態(tài)適合于限定XOR邏輯門。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17中任一項所述的邏輯單元，其中，所述第一層和所述第二層集成在硅基器件內(nèi)，所述硅基器件利用超大規(guī)模集成(VLSI)或特大規(guī)模集成(ULSI)制造。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的邏輯單元，其中，所述硅基器件包括作為源極和/或漏極的至少兩層，使得所述第一層和所述第二層布置在作為源極和/或漏極的所述至少兩層之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求14至19中任一項所述的邏輯單元，其中，所述第一手性是左旋的并且所述第二手性是右旋的。
21.根據(jù)權(quán)利要求14至20中任一項所述的邏輯單元，其中，所述鐵磁層包含具有至少50納米的大小的納米粒子。
22.根據(jù)權(quán)利要求14至21中任一項所述的邏輯單元，其中，所述第二層包括自組裝單分子層(SAM)，所述自組裝單分子層包括多肽、或蛋白質(zhì)、或DNA、或PNA、或螺旋烴、或手性導(dǎo)電聚合物或其組合。
23.根據(jù)權(quán)利要求14至22中任一項所述的邏輯單元，其中，所述鐵磁層的所述一個或更多個區(qū)域的所述自旋極化能夠通過測量存在于所述第一層與所述第二層之間的電阻來確定。
24.根據(jù)權(quán)利要求14至23中任一項所述的邏輯單元，其中，所述邏輯單元適合于由中央計算單元控制和/或作為中央計算單元的一部分。
25.一種操作自旋選擇性器件的方法，包括: 由包含鐵磁材料的第一層接收電流；以及 由耦接到所述第一層的第二層接收所述電流，其中，所述第二層包括具有特定手性的多個分子，使得當(dāng)電流在所述第一層與所述第二層之間流動時使所述鐵磁材料的一個或更多個區(qū)域變?yōu)檠匾欢ǚ较虼艠O化。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述一個或更多個區(qū)域中的所述磁極化的區(qū)域的方向包含能夠存儲在所述自旋選擇性器件上的可寫入數(shù)據(jù)。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的方法，其中，響應(yīng)于電磁輻照，產(chǎn)生在所述第一層與所述第二層之間的所述電流。
【文檔編號】H01L29/66GK104205226SQ201380014005
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月13日
【發(fā)明者】羅恩·納曼, 優(yōu)素?！づ翣柕贍? 西旺·科伯, 吉拉德·戈特斯曼 申請人:耶達(dá)研究開發(fā)公司, 耶路撒冷希伯來大學(xué)伊森姆研究發(fā)展公司