[发明专利]基于磁性斯格明子的具有环形磁性赛道结构的JK触发器

权利要求书

1.一种基于磁性斯格明子的具有环形磁性赛道结构的JK触发器，其特征在于，采用环形磁性赛道结构，环形磁性赛道结构为由第1赛道至第4赛道依次连接而成的环形，第1赛道和第3赛道为直赛道，第2赛道和第4赛道为弯曲赛道，每段赛道均为一端厚一端薄的楔形结构，任意两个楔形结构的连接处为一个楔形结构的厚端与另一个楔形结构的薄端连接；

每段赛道包括依次设置的电极层、介电层以及第一铁磁层，即共4段电极层、4段介电层以及4段第一铁磁层；4段第一铁磁层为一体成型的整体，4段电极层及4段介电层均为4段独立的结构，且任意相邻的两介电层的厚度不一致，从而使得任意相邻的两电极层之间是非接触的，以保证绝缘；磁性斯格明子初始固化于第1赛道或第3赛道；

其中一个直赛道在第一铁磁层上设置有磁隧道结，磁隧道结上引出JK触发器的OUTPUT端，第一铁磁层上引出JK触发器的接地端，第2赛道和第4赛道的电极层一个用来引出JK触发器的INPUT J端，另一个用来引出INPUTK端，第1赛道和第3赛道的电极层用来引出CLK端；

所述磁隧道结包括依次设置的：磁隧道结所在的第一铁磁层、绝缘层和第二铁磁层，所述绝缘层位于磁隧道结所在的第一铁磁层的接触面的相对面上，所述接触面是指磁隧道结所在的第一铁磁层与介电层相接触的面，所述OUTPUT端从所述第二铁磁层上引出。

2.根据权利要求1所述的基于磁性斯格明子的具有环形磁性赛道结构的JK触发器，其特征在于，第二铁磁层的磁化方向为与第一铁磁层的磁化方向相同。

3.根据权利要求1所述的基于磁性斯格明子的具有环形磁性赛道结构的JK触发器，其特征在于，第1赛道和第3赛道的长度相同，第2赛道和第4赛道为半径一致的半圆环。

4.根据权利要求1所述的基于磁性斯格明子的具有环形磁性赛道结构的JK触发器，其特征在于，4段电极层的厚度一致，第一铁磁层的厚度均匀。

5.根据权利要求4所述的基于磁性斯格明子的具有环形磁性赛道结构的JK触发器，其特征在于，任意相邻的两介电层的厚度不一致是通过下述方式实现的：通过将不同段的介电层采用不同的材料制成。

6.根据权利要求1所述的基于磁性斯格明子的具有环形磁性赛道结构的JK触发器，其特征在于，逻辑门实现JK触发器逻辑运算的过程如下：

当输入端INPUT J输入为“0”，INPUT K输入为“0”时，JK触发器实现保持功能：若斯格明子的初始位置为第3赛道，此时位于第3赛道的磁隧道结将会检测到斯格明子，因此初始输出状态为高电平“1”，由于第2赛道和第4赛道均没有磁各向异性能梯度，最终斯格明子会停留在第3赛道，位于第3赛道的磁隧道结将会检测到斯格明子，于是输出将保持原来的“1”高电平状态；同理，若斯格明子的初始位置为第1赛道，此时位于第3赛道的磁隧道结无法检测到斯格明子，因此初始输出状态为低电平“0”，由于第2赛道和第4赛道均没有磁各向异性能梯度，最终斯格明子会停留在第1赛道，位于第3赛道的磁隧道结无法检测到斯格明子，于是输出将保持原来的“0”低电平状态；

当输入端INPUT J输入为“1”，INPUT K输入为“0”时，JK触发器实现置“1”功能：第4赛道没有磁各向异性能梯度，第2赛道有磁各向异性能梯度，若斯格明子的初始位置为第3赛道，此时位于第3赛道的磁隧道结将会检测到斯格明子，因此初始输出状态为高电平“1”，由于第4赛道没有磁各向异性能梯度，第2赛道有磁各向异性能梯度，最终斯格明子会停留在第3赛道，位于第3赛道的磁隧道结将会检测到斯格明子，于是输出将保持原来的“1”高电平状态；同理，若斯格明子的初始位置为第1赛道，此时位于第3赛道的磁隧道结无法检测到斯格明子，因此初始输出状态为低电平“0”，由于第4赛道没有磁各向异性能梯度，第2赛道有磁各向异性能梯度，斯格明子会从第1赛道运动至第3赛道，最终斯格明子将停留在第3赛道中，位于第3赛道的磁隧道结将会检测到斯格明子，于是输出会转变为“1”高电平状态；

当输入端INPUT J输入为“0”，INPUT K输入为“1”时，JK触发器实现置“0”功能,第4赛道有磁各向异性能梯度，第2赛道没有磁各向异性能梯度，若斯格明子的初始位置为第3赛道，此时位于第3赛道的磁隧道结将会检测到斯格明子，因此初始输出状态为高电平“1”，由于第4赛道有磁各向异性能梯度，第2赛道没有磁各向异性能梯度，斯格明子会从第3赛道运动至第1赛道，最终斯格明子会停留在第1赛道中，位于第3赛道的磁隧道结无法检测到斯格明子，于是输出将转变为“0”低电平状态；同理，若斯格明子的初始位置为第1赛道，此时位于第3赛道的磁隧道结无法检测到斯格明子，因此初始输出状态为低电平“0”，由于第4赛道有磁各向异性能梯度，第2赛道没有磁各向异性能梯度，最终斯格明子将停留在第1赛道中，位于第3赛道的磁隧道结无法检测到斯格明子，于是输出会保持“0”低电平状态；

当输入端INPUT J输入为“1”，INPUT K输入为“1”时，JK触发器实现翻转功能：第2赛道和第4赛道均存在磁各向异性能梯度，若斯格明子的初始位置为第3赛道，此时位于第3赛道的磁隧道结将会检测到斯格明子，因此初始输出状态为高电平“1”，由于第2赛道和第4赛道均存在磁各向异性能梯度，斯格明子会在一个时钟周期内从第3赛道运动至第1赛道，此时斯格明子会停留在第1赛道中，位于第3赛道的磁隧道结无法检测到斯格明子，于是输出将转变为“0”低电平状态；同理，若斯格明子的初始状态为第1赛道，此时位于第3赛道的磁隧道结无法检测到斯格明子，因此初始输出状态为低电平“0”，由于第2赛道和第4赛道均存在磁各向异性能梯度，斯格明子会在一个时钟周期内从第1赛道运动至第3赛道，此时斯格明子会停留在第3赛道中，位于第3赛道的磁隧道结能够检测到斯格明子，于是输出将转变为“1”高电平状态。