利用自旋轨道转矩诱导的可塑性将二元铁磁体调谐为多态突触
介观与纳米尺度物理
2019-12-06 v1
摘要
受人类大脑中离子主导的突触可塑性启发，用于神经形态计算的人工突触采用与电荷相关的量作为其权重。尽管已有基于电荷的突触模拟方案，但在铁磁器件中控制电子自旋的方案也因低能耗、无限耐久性和良好的 CMOS 兼容性等优势而备受关注。然而，在不存在外磁场的情况下，将二元铁磁体调谐为具有纯自旋主导突触可塑性的多态存储器仍缺乏一种普遍适用的方法。在此，我们展示了当垂直铁磁 FM1 层被另一面内铁磁 FM2 层通过层间交换耦合时，如何获得其突触可塑性：在 Pt/FM1/Ta/FM2 结构中，由自旋轨道转矩诱导了 FM1 的无磁场电流驱动多态磁化翻转。我们利用电流脉冲来设定作为突触权重的垂直磁化态，并展示了兴奋/抑制性突触后电位以及脉冲时序依赖可塑性的自旋电子学实现。该功能得以实现是由于面内层间交换耦合场的作用，其导致了展宽的多态磁反转特性。数值模拟，结合对具有单一垂直磁化 Pt/FM1/Ta 结构的参考样品的研究，揭示该展宽是由于面内场分量调节了自旋轨道转矩驱动畴壁穿越具有变化钉扎势 landscape 的效率。因此，我们 Pt/FM1/Ta/FM2 结构内具有固有面内耦合场的常规二元 FM1 被调谐为多态垂直铁磁体，并代表了用于神经形态计算的突触模拟器。
引用
@article{arxiv.1810.09064,
title = {Tuning a binary ferromagnet into a multi-state synapse with spin-orbit torque induced plasticity},
author = {Yi Cao and Andrew Rushforth and Yu Sheng and Houzhi Zheng and Kaiyou Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.09064},
year = {2019}
}
备注
37 pages with 11 figures, including 20 pages for manuscript and 17 pages for supplementary information