Элемент и схема хранения магнитного состояния

Элемент и схема хранения магнитного состояния

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

Вычислительные системы с низким потреблением энергии могут быть построены, используя спин вместо заряда в качестве переменной состояния, соединенной со схемами преобразования спин - заряд и заряд - спин. Однако схема многократного преобразования спин - заряд ухудшает преимущество работы с низким потреблением энергии вычислительной системы. Один пример устройства на основе спина представляет собой магнитное запоминающее устройство. Однако известные устройства на основе спина не могут выполнять логические расчеты.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления изобретения будут более понятны из представленного ниже подробного описания изобретения и из приложенных чертежей, на которых показаны различные варианты осуществления изобретения, которые, однако, не следует рассматривать как ограничение изобретения конкретными вариантами его осуществления, но которые предназначены только для пояснения и улучшения понимания.

Фиг. 1 - поперечное сечение элемента хранения состояния спина, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 2А - модель схемы элемента хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 2В - условное обозначение модели схемы элемента хранения состояния спина с сигналом с магнитным управлением, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 3А - элемент хранения состояния спина с магнитным сигналом управления и работающий с отрицательным источником питания, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 3В - модель схемы элемента хранения состояния спина с магнитным сигналом управления и работающая с отрицательным источником питания, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 4А - элемент хранения состояния спина с магнитным сигналом управления и работающий с положительным источником питания, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 4В - модель схемы элемента хранения состояния спина с магнитным сигналом управления и работающая с положительным источником питания, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 5А - элемент хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, элемент хранения состояния спина, работающий с отрицательным источником питания, и с прикрепленным магнитом, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов элементов хранения состояния спина по фиг. 3А-В и фиг. 4А-В, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 5В - модель схемы элемента хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, элемент хранения состояния спина, работающий с отрицательным источником питания, и с магнитом, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов элементов хранения состояния спина по фиг. 3А-В и фиг. 4А-В, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 6А - элемент хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, элемент хранения состояния спина, работающий с положительным источником питания, и с прикрепленным магнитом, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов элементов хранения состояния спина по фиг. 3А-В и фиг. 4А-В, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 6В - модель схемы элемента хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, элемент хранения состояния спина, работающий с положительным источником питания и с прикрепленным магнитом, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов элементов хранения состояния спина по фиг. 3А-В и фиг. 4А-В, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 7 - сечение демультиплексора спина, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 8А - модель схемы демультиплексора спина с магнитным сигналом управления, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 8В - условное обозначение модели схемы демультиплексора состояния спина с магнитным сигналом управления, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 9 - конечный автомат общего назначения на основе спина, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 10 - схема на уровне системы для интеллектуального устройства, содержащей процессор с элементом хранения состояния спина и/или демультиплексор спина, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

Магнитные запоминающие устройства представляют собой пример устройств на основе спина, в которых используется устройство с магнитным туннельным переходом (MTJ), имеющее фиксированный или прикрепленный слой и свободный слой, как описано в "Current Switching in MgO-Based Magnetic Tunneling Junctions," IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 47, No. 1, January 2011 (начало на странице 156) авторов Zhu и др. Направление намагничивания в слое свободного магнита (FM) переключаются с одного направления на другое через крутящий момент передачи спина, используя ток, поляризованный спином. Это направление определяет, содержит ли устройство MTJ логическую 1 или логический 0. Когда направления намагничивания свободного и фиксированного/прикрепленного слоя (РМ) устройства MTJ, выровнены (параллельны друг другу), магнитное сопротивление (R_P) устройства MTJ ниже, чем когда моменты являются противоположными или антипараллельными (R_AP). Более низкое сопротивление может быть идентифицировано, как '1', и более высокое сопротивление, как '0'.

Логическое устройство, полностью построенное на эффекте спина (ASLD) со встроенным запоминающим устройством, описано в публикации Behtash Behin-Aein et al., "Proposal for an all-spin logic device with built-in memory," Nature Nanotechnology, Vol. 5, April 2010, and Srikant Srinivasan, "Spin Logic Device With Inbuilt Nonreciprocity," IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 47, No. 10, October 2011. Однако устройство ASLD неспособно обеспечить операцию элемента сохранения состояния такую, чтобы имелся управляемый выход, который мог бы переводиться в отключенное состояние, чтобы сохранить его логическое состояние, полученное исходя из входных сигналов в предыдущем цикле тактовой частоты.

Здесь описан элемент хранения магнитного состояния или элемент хранения состояния спина (SSE) для воплощения спиновой электронной логики, например, в виде конечных автоматов, демультиплексоров, триггеров-защелок, триггеров и т.д. В одном варианте осуществления SSE содержит магнитное устройство с переменной резистивностью, которое принимает сигналы магнитного управления для регулирования сопротивления магнитного устройства с переменной резистивностью; и магнитное логическое переключающее устройство, соединенное с магнитным устройством с переменной резистивностью для управления выходным магнитным сигналом на основе сопротивления магнитного устройства с переменной резистивностью.

В таком варианте осуществления таблица логических истинных значений SSE может быть описана со ссылкой на магнитное состояние магнитного сигнала управления. Например, когда магнитное состояние магнитного сигнала управления обозначает логическую 1, входной сигнал на входном магните магнитного логического переключающего устройства проходит через канал магнитного логического переключающего устройства на его выходной магнит. Когда магнитное состояние магнитного сигнала управления обозначает логический 0, то выходной магнит сохраняет свое логическое значение, то есть свое магнитное состояние. SSE, описанный здесь, делает возможным потребление нулевой энергии (или, по существу, нулевой) энергии для сохранения состояния, вследствие продолжительности сохранения магнитного состояния. Например, логическое состояние процессора компьютера, сформированного из SSE, может поддерживаться в течение нескольких лет при малом потреблении энергии или при отсутствии потребления энергии. Описанный здесь SSE может также использоваться для разработки демультиплексора и конечного автомата, как описано в некоторых вариантах осуществления.

В одном варианте осуществления SSE используется для воплощения конечного автомата с возможностью сохранения логического состояния магнитного логического модуля между вычислениями. Варианты осуществления SSE, описанные здесь, обеспечивают возможность воплощения спиновой логики для вычислительных систем с низким потреблением энергии. Другие технические эффекты могут быть рассмотрены в вариантах осуществления, описанных ниже.

В следующем описании описаны множество деталей, обеспечивающих более полное пояснение вариантов осуществления настоящего раскрытия. Однако, для специалиста в данной области техники следует понимать, что варианты осуществления настоящего раскрытия могут быть выполнены на практике без этих конкретных деталей. В других случаях хорошо известные структуры и устройства показаны скорее в форме блок-схемы без подробностей, для исключения усложнений вариантов осуществления настоящего изобретения.

Следует отметить, что на соответствующих чертежах вариантов осуществления, сигналы представлены линиями. Некоторые линии могут быть представлены более толстыми для обозначения больше составляющих путей прохождения сигнала, и/или могут иметь стрелки на одном или больше концах для обозначения направления протекания информации. Такие обозначения не предназначены для ограничения. Скорее линии используются в связи с одним или больше примерными вариантами осуществления, с тем, чтобы способствовать более простому пониманию схемы или логического модуля. Любой представленный сигнал, в соответствии с конструктивными потребностями или предпочтениями, фактически может содержать один или больше сигналов, которые могут быть посланы в любом направлении и которые могут быть воплощены, используя любой соответствующий тип схемы передачи сигнала.

Во всем описании и в формуле изобретения термин "соединенный" означает прямое электрическое соединение между элементами, которые соединены без каких-либо промежуточных устройств. Термин "связанный" означает, либо прямое электрическое или магнитное соединение между элементами, которые соединены, или опосредованное соединение через одно или больше пассивных или активных промежуточных устройств.

Термин "схема" здесь, в общем, означает один или больше пассивных и/или активных компонентов, которые расположены с возможностью взаимодействия друг с другом, для обеспечения требуемой функции.

Термин "сигнал" здесь, в общем, означает по меньшей мере один спиновый, магнитный сигнал, сигнал электрического поля, сигнал тока, сигнал напряжения или сигнал данных/тактовой частоты. Значение "a", "an", "the" включает в себя ссылку на множественное число. Значение предлога "в" включает в себя значение предлогов "в" и "на".

Используемые здесь, если только не будет указано другое, порядковые прилагательные "первый", "второй" и "третий", и т.д., для описания общего объекта, просто обозначают, что делается ссылка на разные экземпляры подобных объектов, и не предназначены для выражения того, что эти объекты, описанные таким образом, должны быть размещены в данной последовательности, временной, пространственной, по ранжиру или любым другим образом. Термин "по существу", используемый здесь, относится к тому, что он находится в пределах 10% от цели.

На фиг. 1 показан вид в поперечном сечении элемента 100 хранения состояния спина, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. В одном варианте осуществления элемент 100 хранения состояния спина содержит магнитное устройство 101 с переменной резистивностью, соединенное с магнитным логическим переключающим устройством 102.

В одном варианте осуществления магнитное устройство 101 с переменной резистивностью содержит множество слоев, соединенных вместе, по меньшей мере, между двумя выводами 103 и 104. В одном варианте осуществления вывод 103 (также называемый здесь первым выводом) соединен с источником питания. В одном варианте осуществления вывод 104 (также называемый здесь вторым выводом) соединен с магнитным логическим переключающим устройством 102. В одном варианте осуществления источник питания на первом выводе 103 представляет собой один из положительного источника питания (например, 10 мВ), отрицательного источника питания (например, -10 мВ), источник питания постоянного тока (DC), синхронизированный источник питания (например, источник питания, переключающийся между 10 мВ и 0, или 10 мВ и -10 мВ, и т.д. с различными комбинациями рабочих циклов), источник с отключенным питанием и т.д. В одном варианте осуществления по второму выводу 104 обеспечивается источник питания (или версия источника питания) для магнитного логического переключающего устройства 102, в соответствии с сопротивлением магнитного устройства 101 с переменной резистивностью.

В одном варианте осуществления множество слоев включают в себя слой 106 прикрепленного или фиксированного магнита (РМ) с заданным направлением намагничивания. В одном варианте осуществления ферромагнитный слой закреплен путем нанесения на него расположенного в непосредственной близости антиферромагнитного слоя (такого как PtMn) и с последующим отжигом во внешнем магнитном поле. Слой 106 РМ на фиг. 1 имеет направление намагничивания, указывающее влево. В других вариантах осуществления слой 106 РМ может иметь направление намагничивания, установленное вправо. В одном варианте осуществления слой 106 РМ обеспечивает опорное значение сопротивления, связанное с магнитным устройством 101 с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления слой 106 РМ сформирован из CoFeB (кобальта-железа-бора). В одном варианте осуществления слой 106 РМ сформирован из Ko (кобальта).

В одном варианте осуществления множество слоев включает в себя слой 108 свободного магнита (FM), связанный со слоем 106 РМ. В одном варианте осуществления слой 108 FM связан со слоем 106 РМ через промежуточный слой 107. В одном варианте осуществления промежуточный слой 107 представляет собой слой металла. В одном варианте осуществления промежуточный слой сформирован из MgO (окись магния). В одном варианте осуществления промежуточный слой сформирован из Co (меди).

В одном варианте осуществления слой 108 FM связан с магнитным логическим переключающим устройством 102 через слой 109 скремблирования спина (SSL) (например, из рутения или таллия). В одном варианте осуществления SSL 109 делает электронный ток из слоя 108 FM (который может быть туннелирован из слоя 106 РМ), неполяризованным по спину. В одном варианте осуществления SSL 109 имеет короткую длину переворота спина. В одном варианте осуществления SSL 109 используется для преобразования зависящего от спина электрохимического электрического потенциала в скалярное напряжение на втором выводе 104 магнитного устройства 101 с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления SSL 109 имеет короткую длину переворота спина для вывода электронного спина из фазы в магнитном устройстве 102 с переменной резистивностью.

В одном варианте осуществления резистивностью магнитного устройства 102 с переменной резистивностью управляет магнитный сигнал управления, предусмотренный по узлу 110, связанному со слоем 108 FM. В одном варианте осуществления магнитное устройство 102 с переменной резистивностью имеет третий вывод, связанный с узлом 110 для приема магнитного сигнала управления. В одном варианте осуществления третий вывод связан со слоем 108 FM.

В одном варианте осуществления магнитный сигнал управления представляет собой магнитное состояние для связи со слоем 108 FM. В одном варианте осуществления магнитный сигнал управления представляет собой, по меньшей мере, один из электрического поля и/или спинового тока. В одном варианте осуществления, когда магнитный сигнал управления (по узлу 110) имеет магнитное состояние, обозначенное логической 1, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью позволяет туннелированный пропуск поляризованных по спину электронов с первого вывода 103 на второй конец 104. В таком варианте осуществления резистивность магнитного устройства 101 с переменной резистивностью ниже, чем опорная резистивность. В одном варианте осуществления, когда магнитный сигнал управления (по узлу 110) имеет магнитное состояние, обозначающее состояние логического нуля, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью, по существу, прекращает туннелирование поляризованных по спину электронов с первого вывода 103 на второй конец 104. В таком варианте осуществления резистивность магнитного устройства 101 с переменной резистивностью выше, чем опорная резистивность.

В других вариантах осуществления, в зависимости от направления намагничивания слоя 106 РМ, роль сигнала магнитного управления (по узлу 110) становится обратной. Например, когда направление намагничивания слоя 106 РМ направлено вправо, когда магнитный сигнал управления (по узлу 110) имеет магнитное состояние, обозначающее логическую 1, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью, по существу, прекращает туннелирование поляризованных по спину электронов с первого вывода 103 на второй конец 104. В таком варианте осуществления резистивность магнитного устройства 101 с переменной резистивностью выше, чем опорная резистивность. В таком варианте осуществления, когда магнитный сигнал управления (по узлу 110) имеет магнитное состояние, обозначающее логический 0, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью обеспечивает возможность туннелирования электронов, поляризованных по спину, с первого вывода 103 на второй вывод 104. В таком варианте осуществления резистивность магнитного устройства 101 с переменной резистивностью ниже, чем опорная резистивность.

Термин "высокая резистивность" в отношении термина "низкая резистивность" определяют как отношение 1:5. Однако другие отношения также можно использовать, например, отношение 1:10, 1:20 и т.д. В одном варианте осуществления, когда магнитное устройство 101 с переменной резистивностью содержит MTJ, произведение области резистивности находится в диапазоне 1-100 Ом-μ². В другом варианте осуществления, когда магнитное устройство 101 с переменной резистивностью содержит спиновый клапан, произведение области резистивности находится в диапазоне 1-100 мОм-μ². В других вариантах осуществления могут использоваться другие материалы с другими диапазонами произведения резистивности, которые имеют низкую и высокую резистивность, которые можно отличать друг от друга.

В то время, как в представленных здесь вариантах осуществления описано множество слоев магнитного устройства 101 с переменной резистивностью, количество которых равно четырем, в других вариантах осуществления может использоваться меньше, чем четыре или больше, чем четыре слоя различных материалов для формирования магнитного устройства 101 с переменной резистивностью.

В одном варианте осуществления магнитное логическое переключающее устройство 102 содержит входной магнит 111, связанный с выходным магнитом 112 через канал/взаимное соединение 113. В одном варианте осуществления магнитное логическое переключающее устройство 102 дополнительно содержит контактный слой 114, связанный с землей. В одном варианте осуществления контактный слой 114 связан с каналом 113. В одном варианте осуществления входной магнит 111 и выходной магнит 112 связаны со вторым выводом 104 магнитного устройства 101 с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления входной магнит 111 и выходной магнит 112 представляют собой свободные магниты, такие, как слой 108 FM.

Таким образом, чтобы не усложнять варианты осуществления магнитного логического переключающего устройства 102, другие слои не показаны. Например, входной магнит 111 и выходной магнит 112 могут иметь соответствующий контактный слой, соединенный с ними для контакта со вторым выводом 104. В одном варианте осуществления канавки вертикальной изоляции сформированы между контактным слоем 114 и входным магнитом 111, и между контактным слоем 114 и выходным магнитом 112. В одном варианте осуществления слой туннелирования сформирован так, что он соединяет входной магнит 111 с каналом 113. В одном варианте осуществления слой туннелирования сформирован так, что он связывает выходной магнит 112 с каналом 113. В одном варианте осуществления слой туннелирования сформирован так, что он связывает контакт 114 заземления с каналом 113.

В одном варианте осуществления входной магнит 111 связан с взаимным соединением (не показано), для подачи входного магнитного сигнала к входному магниту 111. В одном варианте осуществления выходной магнит 112 соединен с взаимным соединением (не показано), для вывода выходного магнитного сигнала с выходного магнита 112.

В одном варианте осуществления магнитное устройство 101 с переменной резистивностью выполнено с возможностью обеспечения управления с помощью магнитного логического переключающего устройства 102 входным магнитным сигналом от входного магнита 111 до выходного магнита 112, когда магнитное устройство 102 с переменной резистивностью имеет меньшую резистивность по сравнению с его опорной резистивностью.

В одном варианте осуществления магнитное устройство 101 с переменной резистивностью выполнено с возможностью обеспечения переноса магнитным логическим переключающим устройством 102 входного магнитного сигнала от входного магнита 111 к выходному магниту 112, когда электроны, поляризованные по спину, туннелируют с одного конца 103 на другой конец 104 магнитного устройства 101 с переменной резистивностью, другой конец 104 связан с магнитным логическим переключающим устройством 102.

В одном варианте осуществления магнитное устройство 101 с переменной резистивностью выполнено с возможностью отключения магнитного логического переключающего устройства 102 от переноса входного магнитного сигнала от входного магнита 111 к выходному магниту 112, когда магнитное устройство 101 с переменной резистивностью имеет более высокую резистивность, чем его опорная резистивность.

В одном варианте осуществления магнитное устройство 101 с переменной резистивностью выполнено с возможностью отключения магнитного логического переключающего устройства 102 так, что оно не выполняет передачу входного магнитного сигнала, принимаемого входным магнитом 111, в выходной магнит 112, когда магнитное устройство 101 с переменной резистивностью, по существу, прекращает транспортировку спина электрона с первого вывода 103 (подаваемого от источника 105 питания) ко второму выводу 104 магнитного устройства 101 с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления транспортировка спина электрона представляет собой одно из: диффузии спина; или туннелирования спина.

В одном варианте осуществления выходной магнит 112 отключенного магнитного логического переключающего устройства 102 во время работы выполнен с возможностью поддерживать предыдущее магнитное значение/состояние для выходного магнита 112. Хотя представленные здесь варианты осуществления описывают отключенное магнитное логическое переключающее устройство 102 со ссылкой на три слоя: слой 1, имеющий входной магнит 111 и выходной магнит 112, слой 2, представляющий собой канал 113, и слой 3, который представляет собой слой контакта с землей, меньшее или большее количество слоев может использоваться для формирования магнитного логического переключающего устройства 102.

На фиг. 2а показана модель 200 схемы элемента 100 хранения состояния спина с магнитным сигналом 201 управления, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Фиг. 2а описана со ссылкой на фиг. 1. Для того, чтобы не усложнять варианты осуществления изобретения, одни и те же номера ссылочных позицией не будут снова описаны.

В одном варианте осуществления модель 200 схемы содержит магнитное устройство 101 с переменной резистивностью (косая стрелка обозначает переменное сопротивление устройства 101), связанное с магнитным логическим переключающим устройством 102. В одном варианте осуществления магнитный сигнал 201 управления подают в узел 110, который связан со слоем 108 FM. В одном варианте осуществления, магнитный сигнал 201 управления управляет резистивностью магнитного устройства 101 с переменной резистивностью относительно опорной резистивности (на основе слоя 106 РМ).

В одном варианте осуществления входной магнитный сигнал 202 применяют к входному магниту 111, в котором входной магнитный сигнал 202 туннелируют через канал 113 в выходной магнит 112, когда магнитное устройство 101 с переменной резистивностью имеет низкое сопротивление, то есть узел 104 (второй вывод магнитного устройства 101 с переменной резистивностью) обеспечивает источник питания для входного магнита 111 и выходного магниту 112. В таком варианте осуществления выходной магнит 112 обеспечивает магнитный выходной сигнал 203, соответствующий входному магнитному сигналу 202. Когда магнитный сигнал 201 управления имеет такое значение, которое обеспечивает проявление магнитным устройством с переменной резистивностью 101 высокого сопротивления, тогда источник питания отключают для входного магнита 111 и выходного магнита 112. В таком варианте осуществления магнитный входной сигнал 202 не туннелирует через канал 113. В таком варианте осуществления выходной магнит 112 остается в его предыдущем магнитном состоянии.

На фиг. 2В показано условное обозначение 210 модели 200 схемы устройства 100 элемента хранения состояния спина, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Фиг. 2В описана со ссылкой на фиг. фиг. 1А и фиг. 2А.

В Таблице 1 иллюстрируется таблица истинности модели 200 цепи в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

В этом варианте осуществления, когда магнитный сигнал управления имеет магнитное состояние, обозначающее логический 0, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью проявляет высокую резистивность (по сравнению с его опорной резистивностью), поскольку направления спина электронов в слое 106 РМ и слое 108 FM не выровнены, то есть они имеют противоположные направления спина. В таком варианте осуществления выходной магнит 112 остается в его предыдущем значении/состоянии OUT_i-1 (соответствует предыдущему входному магнитному сигналу IN_i).

В этом варианте осуществления, когда магнитный сигнал управления имеет магнитное состояние, обозначающее логическую 1, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью проявляет низкую резистивность (по сравнению с ее опорной резистивностью), поскольку направления спина электронов в слое 106 РМ и в слое FM 108 выровнены друг с другом, то есть они имеют одинаковые направления спина. В таком варианте осуществления выходной магнит 112 принимает входной магнитный сигнал IN_i.

На фиг. 3A показан элемент 310/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом 110 управления и работающий с отрицательным источником питания, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Для того, чтобы не усложнять варианты осуществления изобретения, описание номеров ссылочных позиций, описанных ранее, не повторяется. В этом варианте осуществления слой 106 РМ имеет намагниченность в левом направлении (обозначено как 106/311). В этом варианте осуществления отрицательный источник (например, -10 мВ) 105/312 питания подключен к первому выводу 103. Вариант осуществления на фиг. 3A аналогичен вариантам осуществления на фиг. 1 и фиг. 2А, и проявляет таблицу истинности такую, как показана в Таблице 1.

На фиг. 3B показана модель 320/200 цепи элемента 310/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом управления и работающая с отрицательным источником питания (Vp<0, например, -10 мВ), в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Фиг. 3B описана со ссылкой на фиг. 3A и Таблицу 1.

В данном варианте осуществления, когда магнитный сигнал 201 управления имеет магнитное состояние, обозначающее логический 0, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью проявляет высокую резистивность (по сравнению с его опорной резистивностью), поскольку направления спина электронов в слое 106 РМ и слое 108 FM не выровнены друг с другом, то есть имеют противоположные направления спина. В таком варианте осуществления выходной магнит 112 сохраняет свое предыдущее значение, то есть магнитный выходной сигнал поддерживает предыдущее магнитное состояние, соответствующее предыдущему входному магнитному сигналу 202.

В этом варианте осуществления, когда магнитный сигнал 201 управления имеет магнитное состояние, обозначающее логическую 1, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью проявляет низкую резистивность (по сравнению с его опорной резистивностью), поскольку направления спина электронов в слое 106 РМ и слое 108 FM выровнены, то есть имеют одинаковое направления спина. В таком варианте осуществления выходной магнит 112 принимает присутствующий входной магнитный сигнал 202.

На фиг. 4А показан элемент 410/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом управления и работающий с положительным источником питания, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Для того чтобы не усложнять варианты осуществления изобретения, описание ссылочных позиций, описанных ранее, не повторяется. В этом варианте осуществления слой 106 РМ имеет намагниченность, направленную в левую сторону (обозначено как 106). В этом варианте осуществления положительный источник 105/412 питания (например, +10 мВ) подключен к первому выводу 103.

На фиг. 4B показана модель 420/200 схемы элемента 410/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом управления и работающая с положительным источником питания, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Фиг. 4B описана со ссылкой на фиг. 4A и Таблицу 1.

Вариант осуществления на фиг. 4A аналогичен варианту осуществления на фиг. 1 и фиг. 3A, однако он проявляет такую таблицу истинности, как показано в Таблице 2.

Таблица 2 аналогична Таблице 1, за исключением того, что выходной магнитный сигнал 203/422 имеет обратный спин по сравнению со спином выходного магнитного сигнала 203/322 в Таблице 1. Обратный спин выходного магнитного сигнала 203/422 вызван положительным источником Vp 105/412, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Обратный спин на сигнала OUT обозначен меткой "bar" и кружком на выходном магните 112. Метка "bar" здесь обозначает инверсию, например, инвертированный магнитный выходной сигнал.

На фиг. 5А показан элемент 510/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, элемент хранения состояния спина, работающий с отрицательным источником питания и с прикрепленным магнитом 106/511, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов 106 в элементах хранения состояния спина по фиг. 3A-B и фиг. 4A-B, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

На фиг. 5B показана модель 520/200 схемы элемента 510/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, элемент хранения состояния спина, работающий с отрицательным источником питания и с прикрепленным магнитом, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов элементов хранения состояния спина, показанных на фиг. 3A-B и фиг. 4A-B, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Таким образом, чтобы не усложнять варианты осуществления изобретения, описание ссылочных позиций, описанных ранее, не будет повторяться. В данном варианте осуществления слой 106/511 РМ имеет намагниченность, направленную вправо. В данном варианте осуществления отрицательный источник (например, -10 мВ) 105/512 питания применяют к первому выводу 103.

В варианте осуществления на фиг. 5A проявляется такая таблица истинности, как показано в Таблице 3.

Таблица 3 аналогична Таблице 1, за исключением того, что магнитный сигнал 201/521 управления имеет обратный спин по сравнению со спином магнитного сигнала управления 201 в Таблице 1, для генерирования тех же выходных сигналов. Обратный спин магнитного сигнала 201/521 управления, по сравнению с магнитным сигналом 201 управления на фиг. 3А, обеспечивает проявление обратного поведения магнитным устройством с переменной резистивностью 510/100. Обратное поведение обозначено знаком кружок на узле 110.

Например, когда направление намагниченности слоя 106/511 РМ установлено в правую сторону, тогда магнитный сигнал 201/521 управления (в узле 110) имеет магнитное состояние, обозначенное логической 1, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью, по существу, прекращает туннелирование электронов, поляризованных по спину, с первого вывода 103 на второй конец 104. При таком варианте осуществления резистивность магнитного устройства 101 с переменной резистивностью будет выше, чем его опорная резистивность. В таком варианте осуществления, когда магнитный сигнал 201/521 управления (на узле 110) имеет магнитное состояние, обозначающее логический 0, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью обеспечивает туннелирование электронов, поляризованных по спину, с первого вывода 103 ко второму концу 104. В таком варианте осуществления резистивность магнитного устройства 101 с переменной резистивностью будет ниже, чем его опорная резистивность.

На фиг. 6А показан элемент 610/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, элемент хранения состояния спина, работающий с положительным источником питания 106/612 (Vp>0, например, +10 мВ), и со слоем 106/611 РМ, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов элементов хранения состояния спина по фиг. 3А-В и по фиг. 4А-В, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Таким образом, с тем чтобы не усложнять варианты осуществления изобретения, описание номеров ссылочных позиций, описанных ранее, не повторяется. В этом варианте осуществления слой 106/611 РМ имеет намагниченность, направленную вправо. В этом варианте осуществления, направление намагниченности в слое 106/611 РМ делает обратным поведение магнитного сигнала управления в узле 110 по сравнению с магнитным сигналом 201 управления на фиг. 3В. В этом варианте осуществления положительный источник 105/612 питания (например, +10 мВ), подключенный к первому выводу 103, приводит к проявлению магнитным логическим переключающим устройством 102 обратного логического поведения по сравнению с магнитным логическим переключающим устройством 102 на фиг. 3В.

На фиг. 6В показана модель 620/200 схемы элемента 610/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом 201 управления, элемент 610/100 хранения состояния спина работает с положительным источником питания и с прикрепленным магнитом, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов элементов хранения состояния спина по фиг. 3А-В и по фиг. 4А-В, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

В вариантах осуществления на фиг. 6А-В проявляется таблица истинности, как представлено в Таблице 4.

Таблица 4 аналогична Таблице 1, за исключением того, что магнитный сигнал 201/621 управления имеет обратный спин по сравнению со спином магнитного сигнала 201 управления в Таблице 1 для генерирования тех же выходных сигналов. Обратный спин магнитного сигнала 201/621 управления, по сравнению с магнитным сигналом 201 управления по фиг. 3А, приводит к тому, что магнитное устройство 620/200 с переменной резистивностью проявляет обратное поведение. Обратное поведение обозначено знаком кружок на узле 110.

Например, когда направление намагниченности слоя 106/611 РМ представляет собой направление вправо, тогда, когда магнитный сигнал 201/621 управления (на узле 110) имеет магнитное состояние, обозначенное логической 1, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью, по существу, прекращает туннелирование поляризованных по спину электронов с первого вывода 103 на второй конец 104. В таком варианте осуществления резистивность магнитного устройства 101 с переменной резистивностью выше, чем опорная резистивность.

В таком варианте осуществления, когда магнитный сигнал 201/621 управления (узел 110) имеет магнитное состояние, обозначающее логически