利用自旋轨道扭矩驱动的纳米级双体分子进行逻辑运算

《ACS Applied Nano Materials》：Logic Operations Using Spin-Orbit Torque-Driven Nanoscale Bimerons

磁性双墨子作为信息载体在自旋电子器件中的应用研究，通过微磁模拟展示了其在零场、平面偏置场辅助下的快速成核特性，揭示了自旋轨道扭矩导致的传播规律与几何约束（半圆形凹槽）对其动态行为的影响，并构建了基于双墨子的轨道逻辑模型实现AND/OR逻辑操作，为设计高效能低能耗自旋电子器件提供新思路。

　　

磁性双聚体是一种纳米级的拓扑稳定准粒子，由于其在下一代自旋电子器件中的潜在应用而引起了近期研究兴趣。在这项工作中，我们利用微磁模拟研究了将双聚体作为信息载体，特别是在平面磁化系统中进行逻辑运算的可能性。首先，我们通过向磁轨道中局部注入垂直自旋电流，展示了在零场条件下以及平面偏置场辅助下孤立双聚体的超快成核过程。我们还研究了在干净铁磁（FM）跑道中，双聚体在自旋轨道扭矩（SOT）作用下的传播行为，这一过程依赖于电流密度（j）和吉尔伯特阻尼（α）的值。我们的结果表明，随着电流密度（j）的增加，双聚体的运动速度呈线性增长。此外，我们通过在铁磁跑道的一条边上设置半圆形凹槽来改变其运动特性。根据凹槽的大小和临界电流密度，双聚体的运动行为主要表现为被捕获、通过或被捕获后湮灭三种状态。我们进一步提出了一种基于双聚体的跑道模型，该模型可以通过有效调节固定凹槽直径下的电流密度强度来实现AND和OR逻辑运算，并对这些运算的能量消耗进行了估算。我们认为，我们的研究结果对于设计能够集成多种功能的节能自旋电子器件具有重要意义。