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    近日，集成電路學(xué)院南天翔課題組及合作者提出利用電壓原位控制鐵酸鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的多鐵磁振子自旋力矩，從而實現(xiàn)可重構(gòu)邏輯存儲器。

圖1  多鐵性磁振子自旋力矩器件的工作原理

    通過發(fā)展一類能夠在同一器件中既能執(zhí)行信息存儲也能實現(xiàn)邏輯運算的非易失性存儲器，可以實現(xiàn)存內(nèi)計算，并有望發(fā)展超低能耗的人工智能。現(xiàn)有的存內(nèi)計算設(shè)備主要基于電荷傳輸，這一過程不可避免地會產(chǎn)生焦耳熱。近期的研究發(fā)現(xiàn)磁振子可以在亞鐵磁和反鐵磁絕緣體中傳輸自旋而不涉及電荷運動，在作為信息載體處理和傳輸信息時不產(chǎn)生明顯的熱耗散，是開發(fā)低耗散自旋邏輯-存儲設(shè)備的有效途徑。非相干磁振子可以在直流電路中被電（或者熱）激發(fā)，使其與當(dāng)前的半導(dǎo)體技術(shù)兼容。另一方面，在實際應(yīng)用中，通過施加?xùn)艠O電壓來實現(xiàn)磁振子邏輯運算也十分重要。然而，目前在室溫下操縱磁振子流傳輸?shù)募夹g(shù)主要依賴于通過施加磁場來重新調(diào)整磁性序或調(diào)節(jié)磁疇結(jié)構(gòu)。

    該研究將多鐵性材料與磁振子存儲器相結(jié)合進(jìn)行電路設(shè)計，利用多鐵性材料實現(xiàn)對磁振子力矩的非易失性調(diào)控，并提出了一種柵極電壓調(diào)控可重構(gòu)磁振子邏輯存儲器。該邏輯存儲器包括多個位于同一個電流通道上的鐵磁/多鐵性鐵酸鉍BiFeO3存儲單元。通過在電流通道中施加電流脈沖，可以在多鐵性材料中產(chǎn)生非相干磁振子流，并通過磁振子力矩將自旋信息并行地、非易失性地寫入多個存儲單元。通過原位施加?xùn)艠O電壓脈沖翻轉(zhuǎn)鐵電極化，實現(xiàn)了對磁振子自旋傳輸?shù)姆且资钥刂啤?/span>

    研究團隊進(jìn)一步提出并演示了一種基于多鐵性磁振子自旋力矩的可重構(gòu)邏輯存儲器。這賦予了該邏輯存儲器在不改變電路拓?fù)涞那闆r下，可以被重構(gòu)實現(xiàn)16種布爾代數(shù)運算的能力。該器件減少了中間計算參數(shù)復(fù)制的必要性，顯著降低了內(nèi)存區(qū)域開銷和功耗，并消除了斷電后重新加載數(shù)據(jù)的需要。這些特點凸顯了多鐵性磁振子器件在低功耗存內(nèi)計算方面的潛力。