用于概率比特的双自由层磁隧道结
介观与纳米尺度物理
2021-05-05 v2 新兴技术
摘要
利用环境热噪声的自然随机器件近来作为加速概率计算应用的硬件基元受到关注。其中一种方法是使用低势垒纳米磁体作为磁隧道结（MTJ）的自由层，其磁涨落在稳定固定层存在下被转换为电阻涨落。在此，我们提出并理论分析一种无固定层、而具有两个圆形盘状磁体自由层的磁隧道结。我们采用经实验标定的模型，该模型考虑有限温度磁化动力学、偏置相关的电荷与自旋极化电流以及自由层间的偶极耦合。我们得到涨落统计平均的解析结果，与数值模型吻合良好。我们发现低直径自由层以近似与偏置无关的方式涨落，使MTJ电阻随机化。我们展示了此类MTJ如何用于硬件构建二值随机神经元（或p-bit）。与早期需在特定偏置点工作以产生随机涨落的随机MTJ不同，所提设计在宽偏置值范围内均可随机，且独立于自旋转移矩钉扎。此外，在无需精心优化的稳定固定层情况下，对称双自由层堆叠可通过对现有磁阻随机存取存储器（MRAM）技术制造工艺的最小改动来制造。此类器件可用作需要大量可调随机比特吞吐的节能计算方案中的硬件加速器。
引用
@article{arxiv.2012.06950,
title = {Double Free-Layer Magnetic Tunnel Junctions for Probabilistic Bits},
author = {Kerem Y. Camsari and Mustafa Mert Torunbalci and William A. Borders and Hideo Ohno and Shunsuke Fukami},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.06950},
year = {2021}
}