理学院 (芯片产业学院) 洪正敏教授团队在高能效磁电逻辑器件方面实现新突破，其最新成果以“Energy efficient all-electric-field-controlled multiferroic magnetic domain-wall logic”为题发表在《Nano Letters》期刊上（DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00707，Nano Letters是美国化学学会（ACS）旗下的一本高水平学术期刊，是纳米科技领域的顶级期刊）。该研究基于多铁系统中的磁弹性耦合，创造性的实现了全电场控制磁化效应，并成功演示了利用多铁系统实现布尔逻辑运算的方法，为低功耗逻辑应用中的可扩展全电磁存储提供了新思路。
图1 PMN-PT系统的磁性测试及模拟
随着集成电路的发展进入后摩尔时代，寻找新材料和器件结构成为突破摩尔定律限制的重要解决方案。而磁性逻辑器件相比于传统的电子器件具有低功耗、高稳定性、高集成度、非易失性和抗辐射能力等优势。这些优势使得磁性逻辑器件在信息存储、计算和通信等领域具有广阔的应用前景。
在众多磁性材料中，多铁材料具有独特的优势，因为它是由铁磁和铁电异质结构组成，具有显著的磁电效应，可以在非常低的能耗下实现快速和高密度信息存储。基于多磁材料特性，该研究主要实现了以下三个方面的技术突破：(1) 制备了基于磁畴运动的特殊图案化及结构的多铁性Ni/PMN-PT异质结逻辑器件。(2) 通过COMSOL和面向对象微磁框架进行了数值和微磁模拟，证明了电场对铁磁畴壁的产生、传播和终止模式下的影响。(3) 提出了两种不同的器件结构，并分别实现了异或、同或以及或和与非门的逻辑功能。
图2 实现异或/同或、或/与非逻辑门的结构及原理
附：洪正敏教授，理学院 (芯片产业学院) 引进的韩裔美籍高层次人才，美国加州大学伯克利分校Marvell纳米加工实验室以及劳伦斯伯克利国家实验室研究员，纳米磁学/自旋电子学在节能信息技术和磁电器件应用领域的专家。团队致力于多级三维磁性器件的研究，实现了二维材料的磁性可控，从实验上论证了基于探针的磁记录技术在未来信息技术中的应用。在Nature Electronics、Nature Communications、Science Advances, PNAS, Nano Letters, ACS Nano等期刊发表近百篇高水平论文，授权发明专利10余项。
