【摘 要】
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低能耗与高集成度间的矛盾限制了集成电路未来的发展,传统的基于电荷输运的CMOS器件技术已经逼近其本征极限。自旋波因其波长短、超低能量损耗的特点被认为是下一代信息载体的有力竞争者之一。基于自旋波的信息处理器件由于其利用波动特性工作的本质,被认为不仅有望实现多信道数据并行处理的传统布尔逻辑运算,还可能应用于如人工神经网络等领域所需的非布尔逻辑运算。在众多自旋波信息处理器件中,耦合型自旋波功能器件作为其
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低能耗与高集成度间的矛盾限制了集成电路未来的发展,传统的基于电荷输运的CMOS器件技术已经逼近其本征极限。自旋波因其波长短、超低能量损耗的特点被认为是下一代信息载体的有力竞争者之一。基于自旋波的信息处理器件由于其利用波动特性工作的本质,被认为不仅有望实现多信道数据并行处理的传统布尔逻辑运算,还可能应用于如人工神经网络等领域所需的非布尔逻辑运算。在众多自旋波信息处理器件中,耦合型自旋波功能器件作为其它自旋波功能器件间的高效、可控连接,其研究成为了业界的研究热点。本论文在对目前耦合型自旋波功能器件发展动态的综述与分析基础上,针对现有可重构自旋波定向耦合器件在功能切换手段存在的不足,提出利用电流诱导的自旋-轨道矩(SOT)实现定向耦合器的功能、工作频率的动态切换。主要研究工作包括:利用理论分析和微磁学模拟方法研究了自旋波定向耦合器的基本工作原理,探究了自旋波定向耦合器相对磁化状态的改变对器件耦合效率的影响;采用微磁学模拟方法,提出了基于SOT翻转磁化状态实现的可重构自旋波定向耦合器模型,系统地研究了电流密度大小和电流脉冲施加时间对提出的定向耦合器磁化状态翻转过程及结果的影响;对实际应用中可能出现的波导中阻尼系数增加问题和射频传播调制问题做了验证。经过深入研究得到以下结果与结论:(1)自旋波定向耦合器磁化状态为反平行时的耦合效率要高于平行时,进而证明了利用磁化状态的翻转可以实现功能可重构的自旋波定向耦合器。(2)确定了翻转磁化状态所需的最佳电流密度大小为J=12×1011 A/m2,最佳电流脉冲施加时间为86 ns。通过翻转全部或部分磁化状态,实现了提出的定向耦合器的功能和工作频率的双重动态重构。(3)针对提出的可重构定向耦合器在实际应用中长时间工作时存在的磁畴壁移动问题,提出在波导侧面引入图形化凹槽的解决方案。(4)针对大量微磁学模拟数据的后处理问题,开发了一套利用多进程技术加速的多类型傅里叶分析软件,成倍地减少了计算耗时的同时将内存占用减少了2/3。本论文中提出的基于SOT的可重构自旋波定向耦合器效率高、无需偏置、功能及工作频率均可动态重构,有望成为未来二维磁振子电路中信息处理单元间的可靠连接手段。
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