【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電子學器件，尤其涉及一種基于軌道霍爾效應的軌道電子學器件及其制備方法。
技術介紹
1、眾所周知，有效的電流誘導自旋轉矩效應對于開發自旋電子存儲器和邏輯器件具有重要意義。在過去的數十年中，自旋軌道轉矩(spin?orbit?torque，sot)研究受到了廣泛的關注，它利用自旋霍爾效應(spin?hall?effect，she)可實現電荷流-自旋流的轉換，自旋流相對于電荷流具有無焦耳熱耗散的巨大優勢。自旋霍爾效應已經應用在很多材料中，例如鎢、鉭和鉑等重金屬材料中。在將重金屬材料作為自旋源時，自旋霍爾效應是利用重金屬材料自身的強自旋-軌道耦合(spin-orbit?coupling，soc)產生自旋流和誘導轉矩來操縱鄰近鐵磁層(fm)的磁矩。然而，重金屬材料在實際器件應用中存在問題，因為它們的高電阻率使得此類器件的效率較差。此外，重元素通常價格昂貴往往不適合大規模生產，重金屬的使用限制了自旋源材料的選擇。
2、最近，基于理論預測和實驗結果，有人提出了利用電場產生軌道流，即軌道霍爾效應(orbital?hall?effect，ohe)。與自旋霍爾效應相似，軌道流與自旋流一樣攜帶角動量，因此將軌道流注入鐵磁層中可以對鐵磁層的局部磁矩產生轉矩。由軌道流注入引起的這種類型的轉矩被稱為軌道轉矩(orbital?torque，ot)，軌道轉矩提供了一種檢測ohe的實驗方法，軌道轉矩ot引起了人們的極大興趣。自旋流對每個電子態的角動量最大為為簡約普朗克常數，而軌道流對一個電子態的角動量沒有限制，說明ot的效率更顯著。理論
3、當前ti和zr等3d-5d金屬材料或二維過渡金屬硫化物(tmd)材料已經開始被用來制備軌道電子器件，但如何進一步優化基于3d-5d金屬材料或二維過渡金屬硫化物(tmd)材料的軌道電子器件的軌道轉矩效率，得到具有更高性能的軌道電子器件，是一個正被關注和研究但尚未被突破的問題。
技術實現思路
1、鑒于此，本專利技術實施例提供了一種基于軌道霍爾效應的軌道電子學器件及其制備方法，以優化基于3d-5d金屬材料或二維過渡金屬硫化物(tmd)材料的軌道電子器件的軌道轉矩效率，從而以在降低成本的同時保證軌道電子學器件具有優異的性能。
2、本專利技術的一個方面提供了一種基于軌道霍爾效應的軌道電子學器件，該軌道電子學器件包括：
3、基片；以及在基片上制備的鐵磁/非磁異質結結構；
4、其中，所述鐵磁/非磁異質結結構包括鐵磁層結構和作為軌道霍爾層的非鐵磁層，所述鐵磁層結構位于所述非鐵磁層結構的遠離基片的一面；其中，所述軌道霍爾層為通過在第一金屬或二維過渡金屬硫化物(tmd)材料中摻雜氧化物或第二金屬而形成的經摻雜的軌道霍爾層，所述第一金屬為3d-5d金屬材料。
5、在本專利技術的一些實施例中，所述軌道電子學器件還包括：形成在所述鐵磁/非磁異質結結構上的保護層。
6、在本專利技術的一些實施例中，所述氧化物為氧化鎂、氧化鈦、氧化釕、氧化釓或氧化銅；所述第二金屬選自以下金屬中的一種：gd、pt、w、au、hf、ta、pd、ir、bi、re、ru或rh；所述第一金屬選自以下軌道源的非鐵磁層選自以下材料中的一種：ti、zr、mn、cr、al、ge、ta、w；所述二維過渡金屬硫化物(tmd)材料為以下材料中的一種：wte2、mos2、wse2、ws、tate2、mote2、nbse2、ptte2或tas2。
7、在本專利技術的一些實施例中，所述鐵磁層結構為包括多種材料層形成的鐵磁性多膜層、多種材料形成的鐵磁性單膜層或二維鐵磁材料層。
8、在本專利技術的一些實施例中，所述多種材料形成的鐵磁性單膜層為cofeb層、co層、ni層、coni合金層、copt合金層、cogd合金層、copd合金層或cotb合金層；所述多種材料層形成的多膜層為：cofeb/gd/cofeb多膜層、cofeb/tb/cofeb多膜層、多個co/pt雙膜層組成的多膜層、多個co/pd雙膜層組成的多膜層、多個co/gd雙膜層組成的多膜層、多個co/tb雙膜層組成的多膜層或多個co/ni雙膜層組成的多膜層；其中，所述cofeb/gd/cofeb多膜層由cofeb層、gd層和cofeb層組成；所述cofeb/tb/cofeb多膜層由cofeb層、tb層和cofeb層組成；所述co/pt雙膜層由co層和pt層組成；所述co/pd雙膜層由co層和pd層組成；所述co/gd雙膜層由co層和gd層組成；所述co/tb雙膜層由co層和tb層組成；所述co/ni雙膜層由co層和ni層組成；或者所述二維鐵磁材料為mnbi2te4、fe3gete2、cr2ge2te6、fe5gete2或fe3gate2。
9、在本專利技術的一些實施例中，所述鐵磁層結構為人工合成反鐵磁層或人工合成鐵磁層。
10、在本專利技術的一些實施例中，所述人工合成反鐵磁層或人工合成鐵磁層包括第一鐵磁層、第二鐵磁層和位于第一鐵磁層以及第二鐵磁層之間的間隔層，所述間隔層為非磁層。
11、在本專利技術一些實施例中，所述第一鐵磁層為具有較大軌道-自旋轉換系數的鐵磁層，所述第二鐵磁層為具有較小軌道-自旋轉換系數和和低阻尼常數的鐵磁層。
12、在本專利技術一些實施例中，所述鐵磁層結構被用作磁自由層；所述軌道電子學器件還包括：
13、形成于所述磁自由層的遠離基片的一面上的非磁性勢壘層；以及
14、形成于所述非磁性勢壘層的遠離所述磁自由層一側的固定層，所述固定層為鐵磁層；
15、其中，所述磁自由層、所述非磁性勢壘層和所述固定層形成磁性隧道結。
16、在本專利技術一些實施例中，所述非磁性勢壘層的材料選自mgo、al2o3、nio、tiox、bn、wse2二維半導體中的一種；所述固定層選自nife、fepd、fept、copd、copt、cofeb、cofeb/gd/cofeb或cofeb/tb/cofeb薄膜中的一種或多種。
17、在本專利技術一些實施例中，所述人工合成反鐵磁層中的第一鐵磁層為以下單層鐵磁材料或者多層膜鐵磁材料中的一種：cofeb、fepd、[co/ni]n、[co/pd]n或[co/pt]n；所述第二鐵磁層選自cofeb、fepd、[co/ni]n、[co/pd]n或[co/pt]n中的一種，其中，n表示[co/pd]雙膜層、[co/pt]雙膜層和[co/ni]雙膜層重復堆疊的次數，n大于1。
18、在本專利技術的一些實施例中，所述非鐵磁層結構的厚度為2-20納米；所述鐵磁層結構的厚度為1-20納米。
19、本專利技術的另一方面還提供了一種磁隨機存儲器，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于軌道霍爾效應的軌道電子學器件，其特征在于，該軌道電子學器件包括：
2.根據權利要求1所述的軌道電子學器件，其特征在于，所述軌道電子學器件還包括：
3.根據權利要求1所述的軌道電子學器件，其特征在于，
4.根據權利要求1所述的軌道電子學器件，其特征在于，
5.根據權利要求4所述的軌道電子學器件，其特征在于，
6.根據權利要求1所述的軌道電子學器件，其特征在于，所述鐵磁層結構為人工合成反鐵磁層或人工合成鐵磁層；
7.根據權利要求6所述的軌道電子學器件，其特征在于，所述第一鐵磁層為具有較大軌道-自旋轉換系數的鐵磁層，所述第二鐵磁層為具有較小軌道-自旋轉換系數和比第一鐵磁層更低阻尼常數的鐵磁層。
8.根據權利要求6所述的軌道電子學器件，其特征在于，所述人工合成反鐵磁層中的第一鐵磁層為以下單層鐵磁材料或者多層膜鐵磁材料中的一種：CoFeB、FePd、[Co/Ni]n、[Co/Pd]n或[Co/Pt]n；所述第二鐵磁層選自CoFeB、FePd、[Co/Ni]n、[Co/Pd]n或[Co/Pt]n中
9.根據權利要求6所述的軌道電子學器件，其特征在于，所述間隔層包括Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pt、Cu、Ag或Au中的一種或多種。
10.根據權利要求1-7中任意一項所述的軌道電子學器件，其特征在于，
11.根據權利要求10所述的軌道電子學器件，其特征在于，
12.一種磁隨機存儲器，其特征在于，所述磁隨機存儲器包括基于磁性隧道結的基本存儲單元，所述基本存儲單元包括：
13.根據權利要求12所述的磁隨機存儲器，其特征在于，所述磁自由層為人工合成反鐵磁層或人工合成鐵磁層；
14.一種基于軌道霍爾效應的軌道電子學器件的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
15.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：
16.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，所述鐵磁層結構為人工合成反鐵磁層或人工合成鐵磁層，所述人工合成反鐵磁層或人工合成鐵磁層包括第一鐵磁層、第二鐵磁層和位于第一鐵磁層以及第二鐵磁層之間的間隔層，所述間隔層為非磁層；
17.根據權利要求14-16中任意一項所述的方法，其特征在于，所述鐵磁層結構被用作磁自由層；所述方法還包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于軌道霍爾效應的軌道電子學器件，其特征在于，該軌道電子學器件包括：
2.根據權利要求1所述的軌道電子學器件，其特征在于，所述軌道電子學器件還包括：
3.根據權利要求1所述的軌道電子學器件，其特征在于，
4.根據權利要求1所述的軌道電子學器件，其特征在于，
5.根據權利要求4所述的軌道電子學器件，其特征在于，
6.根據權利要求1所述的軌道電子學器件，其特征在于，所述鐵磁層結構為人工合成反鐵磁層或人工合成鐵磁層；
7.根據權利要求6所述的軌道電子學器件，其特征在于，所述第一鐵磁層為具有較大軌道-自旋轉換系數的鐵磁層，所述第二鐵磁層為具有較小軌道-自旋轉換系數和比第一鐵磁層更低阻尼常數的鐵磁層。
8.根據權利要求6所述的軌道電子學器件，其特征在于，所述人工合成反鐵磁層中的第一鐵磁層為以下單層鐵磁材料或者多層膜鐵磁材料中的一種：cofeb、fepd、[co/ni]n、[co/pd]n或[co/pt]n；所述第二鐵磁層選自cofeb、fepd、[co/ni]n、[co/pd]n或[co/pt]n中的一種，其中，n表示[co/pd]雙膜層、[co/pt]雙膜層和[co/ni]雙膜層重復堆疊的次數，n大于1...
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