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    近日，集成電路學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)結構中的多鐵磁振子自旋力矩，從而實現(xiàn)可重構邏輯存儲器。

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)，使其與當前的半導體技術兼容。另一方面，在實際應用中，通過施加柵極電壓來實現(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)磁疇結構。

    該研究將多鐵性材料與磁振子存儲器相結合進行電路設計，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。通過原位施加柵極電壓脈沖翻轉(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邏輯存儲器。這賦予了該邏輯存儲器在不改變電路拓撲的情況下，可以被重構實現(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。