本公开涉及自旋电子学及微电子，具体地，涉及一种包括基于自旋轨道矩诱导磁化翻转的概率比特的逻辑器件、制备方法及其应用。
背景技术：
1、概率计算是向量子计算过渡的中间方案，概率比特(p比特)作为概率计算的基本单元，补充了基本数据存储/处理单元家族，可以广泛用于解决非线性规划、多体系统等问题，并且能够在常温条件下运行，更加接近实用环境，具有较高的性能优势。
2、目前，可实现的概率比特器件的形成方式包括基于自旋转移矩、基于自旋轨道矩和基于低能量势垒纳米磁体的方式。其中，基于自旋转移矩的概率器件需要施加过大的确定性写入电流来初始化磁化方向，在运行时存在时间和能量效率较低的问题，并且该类型的器件在实现可靠性和电路设计方面也存在较大挑战；基于自旋轨道矩的概率器件通常是通过加外磁场调控概率或者依靠临界翻转电流密度附近的随机性来调控概率，这种方式对磁场或电流密度的精确调控要求较高；基于低能量势垒纳米磁体的概率器件，磁化能够在上下状态之间波动造成概率翻转，但受环境影响较大且存在读写困难的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本公开提供了一种包括基于自旋轨道矩诱导磁化翻转的概率比特的逻辑器件、制备方法及其应用，以期至少部分解决上述技术问题。
2、本公开提供的技术方案如下：
3、作为本公开的第一个方面，提供了一种包括基于自旋轨道矩诱导磁化翻转的概率比特的逻辑器件，其中，概率比特包括：
4、衬底；
5、自旋流生成层，位于衬底上，用于在电流的作用下形成自旋轨道耦合效应以产生自旋流，并在电流的作用下生成热能；
6、功能层，位于自旋流生成层上，用于传递自旋流和热能；
7、磁性层，位于功能层上；
8、其中，注入至磁性层的自旋流在磁性层产生自旋轨道矩，以使磁性层在自旋轨道矩和热能的诱导下发生磁化翻转。
9、根据本公开的实施例，概率比特还包括：界面层，形成于自旋流生成层与功能层之间；和/或
10、形成于磁性层与功能层之间。
11、根据本公开的实施例，概率比特还包括：覆盖层，位于磁性层上，用于保护由自旋流生成层、功能层和磁性层组成的磁性堆叠结构。
12、根据本公开的实施例，自旋流生成层为十字交叉形；
13、功能层、磁性层和覆盖层的截面形状相同，堆叠于自旋流生成层的中心区域。
14、根据本公开的实施例，自旋流生成层包括十字交叉的第一延伸方向和第二延伸方向；
15、在第一延伸方向两端接有电极，用于通入电流，以形成自旋流；
16、在第二延伸方向两端接有电极，用于通入检测电流，以检测霍尔电压。
17、根据本公开的实施例，电流包括磁矩随机翻转电流；磁矩随机翻转电流的电流密度包括10×1010a·m-2～30×1010a·m-2，在磁矩随机翻转电流下，磁化翻转的概率小于100％。
18、根据本公开的实施例，自旋流生成层的厚度包括2～6nm；
19、自旋流生成层的宽度包括1～20μm；
20、磁性层的厚度包括0.4～2nm；
21、功能层的厚度包括0～2nm；
22、磁性层包括直径10nm～2μm圆柱或者边长10nm～2μm方柱；
23、功能层包括直径10nm～2μm圆柱或者边长10nm～2μm方柱。
24、根据本公开的实施例，中间非磁性绝缘势垒层，位于磁性层上方；
25、磁性钉扎层，位于中间非磁性绝缘势垒层上方；
26、读出电极层，位于磁性钉扎层上方；
27、自旋流生成层和读出电极层为条形；
28、功能层、磁性层、中间非磁性绝缘势垒层和磁性钉扎层的截面形状相同，堆叠于自旋流生成层上；
29、其中，中间非磁性绝缘势垒层和磁性钉扎层与磁性层之间形成磁性隧道结；
30、读出电极层的延伸方向垂直于自旋流生成层的延伸方向；
31、在自旋流生成层的延伸方向两端接有电极，用于通入写入电流；
32、在读出电极层的延伸方向两端接有电极，用于通入读出电流。
33、作为本公开的第二个方面，提供了一种上述逻辑器件中概率比特的制备方法，包括：
34、在衬底上形成自旋流生成层；
35、在自旋流生成层上形成功能层；
36、在功能层上形成磁性层。
37、根据本公开的实施例，概率比特还包括界面层，制备方法还包括：在形成功能层或磁性层时采用非连续性工艺，以形成界面层。
38、作为本公开的第三个方面，公开了一种采用上述逻辑器件在生成随机数方面的应用。
39、基于上述技术方案，本公开提供的包括基于自旋轨道矩诱导磁化翻转的概率比特的逻辑器件、制备方法及其应用，至少包括以下有益效果：
40、(1)在本公开的实施例中，可在电流作用下在自旋流生成层产生自旋轨道矩和热能，进而诱导磁性层发生磁化翻转，不需要初始化操作和外部磁场作用。此外，对自旋流生成层中通入的电流的大小进行调控实现对磁矩向上(向下)翻转的调控，从而实现0～100％全概率可调的磁化翻转，并且在电流撤去后磁矩方向会保持状态，进而可用于生成随机数，解决非线性规划、多体系统等问题。
41、(2)在本公开的实施例中，通过非连续工艺在自旋流生成层和磁性层之间的多层结构中引入界面层形成不对称结构，可以降低器件的垂直磁各向异性的矫顽力和热稳定性，使得器件在电流的热效应和自旋轨道矩的耦合作用下更容易越过能量势垒实现磁化翻转。
1.一种包括基于自旋轨道矩诱导磁化翻转的概率比特的逻辑器件，其中，所述概率比特包括：
2.根据权利要求1所述的逻辑器件，其中所述概率比特还包括：
3.根据权利要求1所述的逻辑器件，其中所述概率比特还包括：
4.根据权利要求3所述的逻辑器件，其中，
5.根据权利要求4所述的逻辑器件，其中，
6.根据权利要求5所述的逻辑器件，其中，
7.根据权利要求1所述的逻辑器件，还包括：
8.一种如权利要求1～7中任一项所述逻辑器件中概率比特的制备方法，包括：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述概率比特还包括界面层，所述制备方法还包括：
10.一种如权利要求1～7中任一项所述的逻辑器件在生成随机数方面的应用。
