山东大学物理学院自旋电子学团队基于电场调控自旋轨道矩引起的磁化翻转，在单个磁性异质结中实现16种布尔逻辑运算，相关研究成果以“Purely Electrical Controllable Complete Spin Logic in a Single Magnetic Heterojunction”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202105359。
将存储与逻辑功能集成到一起，实现存算一体化有望打破“冯·诺依曼”瓶颈，进一步提高器件性能。近年来基于自旋轨道矩引起的磁化翻转实现自旋逻辑及存算一体成为自旋电子学研究的新热点。尽管实验上已经实现了零磁场下自旋轨道矩可控的磁化翻转，也利用磁场和电场的协同调控实现部分逻辑运算功能，但是在单个非易失性存储器件中尚未实现纯电场可调控的完备自旋逻辑功能。
为了在单个磁性异质结中，利用电场调控自旋轨道矩引起的磁化翻转，实现完备的自旋逻辑功能，该团队制备了Pt/IrMn/Co/Ru/CoPt磁性异质结。研究发现：在y方向施加电流能有效控制IrMn/Co之间的交换偏置和面内Co层磁矩方向，进而控制CoPt层自旋轨道矩引起磁化翻转的方向；在x方向施加电流能利用自旋轨道矩效应控制CoPt层的磁化翻转。通过控制x和y两个方向施加电流的大小及方向，在单个Pt/IrMn/Co/Ru/CoPt磁性异质结中成功实现16种布尔逻辑运算。在单个非易失磁性异质结中实现纯电流可控的完备自旋逻辑功能，为可编程自旋逻辑器件的实用化夯实了基础。
2020级博士生赵晓楠为文章第一作者，文章的合作者还有博士生董亚男、陈伟斌、谢雪杰、柏利慧教授、陈延学教授和康仕寿教授，田玉峰教授和颜世申教授为共同通讯作者。山东大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。该研究工作得到了国家自然科学基金、“111计划”项目和山东省自然科学基金重大基础研究项目的资助。
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