(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気トポロジカルソリトンを検出するための簡単で効果的な手段と方法を提供する。【解決手段】磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を表す電気信号を形成するための固体デバイス１は、磁気トポロジカルソリトン蓄積するための蓄積要素２を含む。蓄積要素２は、トポロジカル絶縁体３と、トポロジカル絶縁体の上に配置された磁気ストリップ４とを含む。デバイスは、更に、蓄積要素の検出領域８の中の磁気トポロジカルソリトンの不存在または存在を表す電気信号を形成するための磁気トポロジカルソリトン検出器７を含む。検出器７は、トンネルの大きさのスピンに依存しない変化、電気抵抗の変化、および／または検出領域８の中の磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在による検出領域８の中のトポロジカル絶縁体３を通る電気伝導率の変化を検出するように適用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を表す電気信号を形成する固体デバイス（１）であって、この固体デバイスは、
磁気トポロジカルソリトン蓄積するための蓄積要素（２）であって、トポロジカル絶縁体（３）と、トポロジカル絶縁体の上に配置された磁気ストリップ（４）とを含む蓄積要素（２）と、
蓄積要素の検出領域（８）の中の磁気トポロジカルソリトンの不存在または存在を表す電気信号を形成するための磁気トポロジカルソリトン検出器（７）と、を含み、
磁気トポロジカルソリトン検出器（７）は、トンネルの大きさのスピンに依存しない差、電気抵抗の差、および／または検出領域（８）の中の磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在により検出領域（８）の中のトポロジカル絶縁体を通る電気伝導率の差を検出するように適用されたことを特徴とする固体デバイス。
【請求項２】
磁気ストリップ（４）は、強磁性のストリップであることを特徴とする請求項１に記載の固体デバイス。
【請求項３】
磁気ストリップ（４）は、Ｃｏ、Ｆｅ、および／またはＣｕＯＦｅ２Ｏ３を含むことを特徴とする請求項２に記載の固体デバイス。
【請求項４】
トポロジカル絶縁体（３）は、Ｂｉ２Ｓｅ３、ＣｄＴｅ、ＴｌＢｉＴｅ２、Ｐｂ１−ｘＳｎｘＳｅおよび／またはＢｉ２Ｔｅ３を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の固体デバイス。
【請求項５】
磁気トポロジカルソリトン検出器（７）は、トポロジカル絶縁体（３）の対向する側面の上に配置された１対のコンタクト（Ｄ１、Ｄ２）を含み、
磁気トポロジカルソリトン検出器（７）は、１対のコンタクトの間の抵抗率または導電率の変化として電気信号を検出するために適用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の固体デバイス。
【請求項６】
磁気トポロジカルソリトン検出器（７）は、１対のコンタクトの第１コンタクト、トポロジカル絶縁体（３）、磁気ストリップ（４）、および１対のコンタクトの第２コンタクトのそれぞれのスタックが形成されるように配置された１対のコンタクトを含み、
磁気トポロジカルソリトン検出器（７）は、１対のコンタクトの間のトンネルの大きさの、スピンに依存しない変化として、電気信号を検出するように取り付けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の固体デバイス。
【請求項７】
更に、蓄積要素（２）に沿って、磁気トポロジカルソリトンを駆動するための磁気トポロジカルソリトン輸送ドライバ（５）を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の固体デバイス。
【請求項８】
磁気トポロジカルソリトン輸送ドライバ（５）は、蓄積要素（２）の上で電場を形成するために、少なくとも２つの電気コンタクト（Ｍ１、Ｍ２）を含むことを特徴とする請求項７に記載の固体デバイス。
【請求項９】
更に、電気信号を、磁気トポロジカルソリトン不存在または存在に変えるための磁気トポロジカルソリトン発生器（６）を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の固体デバイス。
【請求項１０】
磁気トポロジカルソリトン発生器（６）は、トポロジカル絶縁体（３）の対向する側面の上に形成された少なくとも１対のコンタクト（Ｃ１−Ｃ４）を含み、少なくとも１対のコンタクトは、トポロジカル絶縁体（３）中にスピン分極された電流を形成して、磁気ストリップ（４）の中に磁気トポロジカルソリトンを形成するように適用されたことを特徴とする請求項９に記載の固体デバイス。
【請求項１１】
蓄積要素（２）は、トポロジカル絶縁体の上に複数の磁気ストリップ（４）を含み、
磁気トポロジカルソリトン検出器（７）は、検出領域（８）の中の複数の磁気ストリップ（４）中に存在する磁気トポロジカルソリトンの数を表す電気信号を形成するように適用されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の固体デバイス。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の固体デバイス（１）を含むことを特徴とする磁気抵抗ランダムアクセスメモリ。
【請求項１３】
論理状態を表す磁気トポロジカルソリトンを操作するための論理回路であって、請求項１〜１０のいずれかに記載の固体デバイスを含むことを特徴とする論理回路。
【請求項１４】
磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を表す電気信号を形成するための方法であって、この方法は、
磁気トポロジカルソリトンを蓄積するための蓄積要素（２）を提供する工程であって、蓄積要素（２）は、トポロジカル絶縁体（３）と、トポロジカル絶縁体（３）の上に配置された磁気ストリップ（４）とを含む工程と、
蓄積要素（２）の検出領域（８）の中の磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を検出する工程であって、この検出工程は、トンネルの大きさのスピンに依存しない差、電気抵抗の差、および／または検出領域（８）の中のトポロジカル絶縁体（３）を通る電気伝導率の差を考慮する工程と、を含む方法。
【請求項１５】
存在または不存在の検出工程は、検出領域（８）で、磁気ストリップ（４）の中のスキルミオンの存在または不存在を検出するように適用される請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピン輸送エレクトロニクスの分野に関する。特に、磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を検出する固体デバイスおよび対応する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピン依存電子輸送メカニズムは、固体デバイスでの興味深い応用を有することが知られている。特に、トポロジカル欠陥とも呼ばれる磁気トポロジカルソリトンは、要素情報キャリアとして多くの長所を提供する。トポロジカルソリトンは、特に、強磁性トポロジカルソリトン、または反強磁性トポロジカルソリトンを言っても良い。
【０００３】
トポロジカル欠陥は、例えば、そのような欠陥は、真空状態からホモトピカル（homotopically）に区別できるため、特に、小さな混乱や崩壊に対して安定である。それゆえに、メモリデバイス中でのビット暗号化情報キャリアとしてのトポロジカルソリトンの使用は、低い電力消費、ノイズに対する強さ、および高い輸送速度のような多くの長所を提供する。更に、論理回路は、トポロジカルソリトンのストリーム、例えばビットストリームを直接操作するように形成される。例えば磁気抵抗ランダムアクセスメモリのような超高密度メモリおよび論理デバイスは、本発明の具体例により達成しても良い。
【０００４】
要素情報キャリアとして使用される強磁性トポロジカルソリトンは、スピン格子のボソンモード（boson mode）を形成する、例えば磁気材料の順序の中の伝搬妨害のようなスピン波またはマグノン（magnon）である。他の例は、例えばゼロでないようなキラル性（chiral nature）の完全体トポロジカル電荷を有する２次元磁気スキルミオンのようなスキルミオンである。更に他の例は、例えば磁気ドメインの間の界面のようなドメインウォールである。
【０００５】
例えばスキルミオンのような磁気トポロジカルソリトンは、スピン分極した電流およびスピン輸送トルクを用いて形成され操作される。
【０００６】
しかしながら、磁気トポロジカルソリトンにより符号化された情報を、一般的な電子符号化に、簡単で効果的に変換することが、従来必要であった。例えば、スキルミオンのような磁気トポロジカルソリトンの単純で効果的な電気的検出が必要であった。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の具体例の目的は、磁気トポロジカルソリトンを検出するための簡単で効果的な手段と方法を提供することである。
【０００８】
上記目的は、本発明の具体例にかかる方法およびデバイスにより達成される。
【０００９】
第１の形態では、本発明は、磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を表示する電機信号を形成するための固体デバイスに関する。この固体デバイスは、磁気トポロジカルソリトンを蓄積するための蓄積要素を含む。蓄積要素は、トポロジカル絶縁体と、トポロジカル絶縁体の上に配置された磁気ストリップを含む。固体デバイスは、更に、蓄積素子の検出領域中で磁気トポロジカルソリトンの不存在または存在を示す電気信号を生じるための磁気トポロジカルソリトン検出器を含む。この磁気トポロジカルソリトン検出器は、トンネル確率のようなトンネルの大きさのスピンに依存しない差、電気抵抗の差、および／または検出領域中のトポロジカル絶縁体を通る電気伝導率の差、を検出するために取り付けられる。このトンネルの大きさの差（例えば、スピンに依存しない磁気抵抗の変化）、電気抵抗、および／または電気伝導率は、検出領域中の磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在による。
【００１０】
本発明の具体例にかかる固体デバイスでは、磁気トポロジカルソリトンが蓄積要素の検出領域内に存在する場合に、磁気得トポロジカルソリトン検出器が、磁気トポロジカルソリトンの異なる状態を表す電気信号、例えば、複数の予め決定された認識できる状態の外の対応する状態として、検出領域中のソリトンの存在の状態を特徴とする電気信号、を形成するために適用されても良い。例えば、電気信号は、例えば半径の異なるスカルミンのような、磁気トポロジカルソリトンの異なる結合状態を示しても良い。
【００１１】
本発明の具体例にかかる固体デバイスでは、磁気ストリップは強磁性ストリップでも良い。
【００１２】
本発明の具他例にかかる固体デバイスでは、磁気ストリップは、例えば平面外の磁化された強磁性ストリップのような、平面外の磁化された磁気ストリップを含んでも良く、からなっても良い。例えば、磁気ストリップは、この磁気ストリップの面に実質的に垂直な方向、例えば垂直方向に配置された磁化を有する強磁性ストリップを含んでも良く、からなっても良い。
【００１３】
本発明の具体例にかかる固体デバイスでは、磁気ストリップはＣｏ、Ｆｅ、および／またはＣｕＯＦｅ２Ｏ３を含んでも良い。
【００１４】
本発明の具体例にかかる固体デバイスでは、トポロジカル絶縁体は、Ｂｉ２Ｓｅ３、ＣｄＴｅ、ＴｌＢｉＴｅ２、Ｐｂ１−ｘＳｎｘＳｅおよび／またはＢｉ２Ｔｅ３を含んでも良い。
【００１５】
本発明の具体例にかかる固体デバイスでは、磁気トポロジカルソリトン検出器は、トポロジカル絶縁体の対向する側面の上に配置された１対のコンタクトを含んでも良い。磁気トポロジカルソリトン検出器は、さらに、１対のコンタクトの間の抵抗率または導電率の変化として電気信号を検出するために適用されても良い。
【００１６】
本発明の具体例にかかる固体デバイスでは、磁気トポロジカルソリトン検出器は、１対のコンタクトを含み、（例えば以下の順序で）１対のコンタクトの第１コンタクト、トポロジカル絶縁体、磁気ストリップ、および１対のコンタクトの第２コンタクトのそれぞれのスタックが形成されても良い。磁気トポロジカルソリトン検出器は、さらに、１対のコンタクトの間に、例えばトンネル確率のようなトンネルの大きさのスピンに依存しない変化として電気信号を検出するために適用しても良い。例えば、検出器は、磁気抵抗のスピンに依存しない変化として電気信号を検出するために適用しても良い。
【００１７】
本発明の具体例にかかる固体デバイスでは、さらに、蓄積要素に沿って磁気トポロジカルソリトンを動かすための磁気トポロジカルソリトン輸送ドライバを含んでも良い。
【００１８】
本発明の具体例にかかる固体デバイスでは、磁気トポロジカルソリトン輸送ドライバは、蓄積要素の上に電場を形成するための、少なくとも２つの電気コンタクト（Ｍ１、Ｍ２）を含んでも良い。
【００１９】
本発明の具体例にかかる固体デバイスは、さらに、磁気トポロジカルソリトンの不存在または存在に、電気信号を変換するための磁気トポロジカルソリトン発生器を含み、例えば検出領域から異なる蓄積要素の領域中のような蓄積要素中に、そのような磁気トポロジカルソリトンを形成しても良い。
【００２０】
本発明の具体例にかかる固体デバイスでは、磁気トポロジカルソリトン発生器は、複数の予め決定された認識できる状態から選択された結合状態のエネルギを有する磁気トポロジカルソリトンを形成するために適用されても良く、この結合状態エネルギは、電気信号を考慮に入れて選択される。例えば、この複数の予め決定された認識できる状態は、磁気トポロジカルソリトン検出器によって検出可能な複数の予め決定された認識できる状態に対応しても良い。それらの予め決定された認識できる状態は、予め決定された複数の異なるスキルミオン半径に対応しても良い。
【００２１】
本発明の具体例にかかる固体デバイスでは、磁気トポロジカルソリトン発生器は、トポロジカル絶縁体の対向する側面の上に配置された少なくとも１対のコンタクトを含んでも良い。少なくとも１対のコンタクトは、トポロジカル絶縁体中でスピン分極した電流を形成するために適用されて、磁気ストリップ中に磁気トポロジカルソリトンを形成しても良い。
【００２２】
本発明の具体例にかかる固体デバイスでは、蓄積要素は、トポロジカル絶縁体の上の複数の磁気ストリップを含んでも良く、磁気トポロジカルソリトン検出器は、検出領域の複数の磁気ストリップ中に存在する磁気トポロジカルソリトンの数を検出する電気信号を形成しても良い。
【００２３】
更なる態様では、本発明は、また、本発明の第１の態様の具体例にかかる固体デバイスを含む磁気抵抗ランダムアクセスメモリに関する。
【００２４】
更なる態様では、本発明は、また、論理状態を表す磁気トポロジカルソリトンを操作するための論理回路であって、本発明の第１の態様の具体例にかかる固体デバイスを含む論理回路に関する。
【００２５】
更なる態様では、本発明は、また、磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を表す電気信号を形成させるための方法に関する。そのような方法は、磁気トポロジカルソリトンを蓄積するための蓄積要素を提供する工程を含み、この蓄積要素は、トポロジカル絶縁体と、トポロジカル絶縁体の上に配置された磁気ストリップとを含む。この方法は、また、蓄積状態の検出領域で、磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を検出する工程を含む。この検出工程は、例えば、検出領域中のトンネル確率のようなトンネルの大きさのスピンに依存しない差、検出領域の電気抵抗の差、および／または検出領域中のトポロジカル絶縁体を通る電気伝導率の差、を考慮する工程を含む。
【００２６】
本発明の具体例にかかる方法では、存在または不存在の検出工程は、検出領域の磁気ストリップ中のスキルミオンの存在または不存在を検出するように適用しても良い。
【００２７】
本発明の具体例にかかる方法では、存在または不存在を検出する工程は、磁気トポロジカルソリトンが蓄積要素の検出領域に存在する場合に、磁気トポロジカルソリトンの異なる状態を表す電気信号を形成するように適用しても良い。電気信号は、検出領域に存在するソリトンの状態を、複数の予め決定された認識できる状態から対応する状態として特徴づけるのに適している。例えば、電気信号は、半径の異なるスキルミオンのような磁気トポロジカルソリトンの異なる結合状態エネルギを表しても良い。
【００２８】
本発明の具体例の長所は、磁気トポロジカルソリトンを検出する簡単な方法を提供することである。
【００２９】
本発明の具体例の長所は、本発明の具体例を使用する固体デバイスは、例えば、トポロジカル絶縁体により提供されるトポロジカルトポロジカル保護や、スキルミオンのような磁気トポロジカルソリトン状態の安定性により、欠陥に値して非常に強いことである。
【００３０】
本発明の具体例の長所は、高密度の情報が、本発明の具体例を使用する固体デバイス中で蓄積および／または操作できることである。例えば、特徴的に小さいサイズの磁気トポロジカルソリトン状態、例えば小さなスキルミオンサイズが達成でき、空間で同じ体積を占有する従来のデバイスより、高密度の情報が操作できる。
【００３１】
本発明の具体例の長所は、低電力消費が本発明の具体例を使用する固体デバイス中で達成できることである。例えば、伝導チャネルに沿ってスキルミオンを輸送するような、磁気トポロジカルソリトンの輸送のために、例えば、実質的に消滅しない表面状態または消滅しない表面状態のような、トポロジカル絶縁体の低消滅表面状態、および／または低い電流密度が必要となることが、低電力消費に貢献する。
【００３２】
本発明の特定の好ましい態様は、添付する独立請求項および従属請求項に表される。従属請求項の特徴は、請求項に記載された通り、および単に正確に記載されたものでなくても、独立請求項の特徴および他の従属請求項の特徴と組み合わせても良い。
【００３３】
本発明のそれらの、および他の態様は、以下に記載された具体例を参照して明らかで、そして明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の具体例にかかる固体デバイスの斜視図を示す。
【図２】本発明の具体例にかかる固体デバイスの平面図を示す。
【図３】本発明の具体例の形態に示されるような、磁気トポロジカルソリトンが存在しない場合の、トポロジカル絶縁体のバンド構造を示す。
【図４】本発明の具体例の形態に示されるような、スキルミオンの形態の磁気トポロジカルソリトンが存在する場合の、トポロジカル絶縁体のバンド構造を示す。
【図５】本発明の具体例にかかる、複数の磁気ストリップを含み、多数決ゲートデバイス（majority gate device）として形成された固体デバイスを示す。
【００３５】
図面は単に模式的で、限定的ではない。図面において、幾つかの要素の大きさは、記載目的で誇張されて、縮尺通りではない。
【００３６】
請求項中の参照符号は、範囲を限定するようには解釈すべきでない。異なる図面において、同じ参照符号は、同一または類似の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明は、特定の具体例に関して、所定の図面を参照しながら記載されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、請求項によってのみ限定される。記載された図面は単に模式的であり、限定的ではない。図面において、要素の幾つかの大きさは、記載目的で、誇張され、縮尺通りには描かれない。寸法および相対寸法は、本発明の実施のための、実際の縮尺には対応していない。
【００３８】
記載や請求項中の、第１、第２等の用語は、類似の要素の間で区別するために使用され、順序付けや他の方法で、時間的および空間的のいずれかの順序を表す必要は無い。そのように使用される用語は、適当な状況下で入替え可能であり、ここに記載された開示の具体例は、ここに記載や図示されたものと異なる順序によっても操作できることを理解すべきである。
【００３９】
また、記載や請求項中の、上、下等の用語は、記載目的のために使用され、相対的な位置を示す必要はない。そのように使用された用語は、適当な状況下で入替え可能であり、ここに開示された具体例は、ここに記載や図示されたものと異なる位置でも操作できることを理解すべきである。
【００４０】
請求項で使用される「含む（comprising）」の用語は、それ以降に列挙される手段に限定されるように解釈すべきではなく、他の要素または工程を排除しない。このように、言及された特徴、数字、工程、または成分の特定は、言及されたままに解釈され、１またはそれ以上の他の特徴、数字、工程、または成分、またはこれらの組み合わせの存在または追加を排除してはならない。このように、「手段ＡおよびＢを含むデバイス」の表現の範囲は、手段ＡとＢのみを含むデバイスに限定されるべきではない。本発明では、単にデバイスに関連した構成がＡとＢであることを意味する。
【００４１】
この明細書を通じて参照される「一の具体例（one embodiment）」または「ある具体例（an embodiment）」は、この具体例に関係して記載された特定の長所、構造、または特徴は、本発明の少なくとも１つの具体例に含まれることを意味する。このように、この明細書を通して多くの場所の「一の具体例（one embodiment）」または「ある具体例（an embodiment）」の語句の表現は、同じ具体例を表す必要はなく、表しても構わない。更に、特定の長所、構造、または特徴は、この開示から当業者に明らかなように、１またはそれ以上の具体例中で適当な方法で組み合わせることができる。
【００４２】
同様に、本発明の例示的な具体例の開示の中において、開示を合理化し、１またはそれ以上の様々な発明の形態の理解を助ける目的で、本発明の様々な長所は、時には１つの具体例、図面、またはその開示中にまとめられることを評価すべきである。しかしながら、この開示の方法は、請求される発明がそれぞれの請求項に記載されたものより多くの特徴を必要とすることを意図して表されていると解釈すべきではない。むしろ、以下の請求項が表すように、発明の態様は、１つの先に記載された具体例の全ての長所より少なくなる。このように、詳細な説明に続く請求項は、これにより詳細な説明中に明確に含まれ、それぞれの請求項は、この発明の別々の具体例としてそれ自身で成立する。
【００４３】
更に、ここで記載された幾つかの具体例は幾つかの特徴で、他の具体例に含まれる以外の特徴を含み、異なった具体例の長所の組み合わせは、本発明の範囲に入ることを意味し、当業者に理解されるように、異なった具体例を形成する。例えば、以下の請求項では、請求された具体例のいくつかは、他の組み合わせにおいても使用することができる。
【００４４】
ここで与えられる開示において、多くの特別な細部が示される。しかしながら、本発明の具体例はそれらの特別な細部無しに実施できることを理解すべきである。他の例では、公知の方法、構造、および技術は、この記載の理解をわかりにくくしないために、詳細には示されていない。
【００４５】
本発明の具体例において、「磁気トポロジカルソリトン（magnetic topological solitone）」が参照された場合、例えば場の方程式に対するソリトンの回答のような磁場特性に関するトポロジカルソリトン、または同時に満たされた場の方程式の組に関するトポロジカルソリトンが参照され、これは、例えば磁場、磁場ポテンシャル、電荷の回転モーメント、および／または電気的に荷電された粒子のような磁場に関する量を含む。特定の具体例では、磁気トポロジカルソリトンは、磁気ドメイン壁、スピン波、またはスキルミオンを言っても良い。
【００４６】
第１の態様では、本発明は、集積回路デバイスに使用するための固体成分のような、固体デバイスをいう。この固体デバイスは、磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を表す電気信号を形成させるように適用しても良い。この固体デバイスは、磁気トポロジカルソリトンを蓄積するための蓄積要素を含み、この蓄積要素は、トポロジカル絶縁体と、トポロジカル絶縁体の上に配置された磁気ストリップとを含む。固体デバイスは、また、蓄積要素中の磁気トポロジカルソリトンの不存在または存在を表示する電気信号を形成するための磁気トポロジカルソリトン検出器を含む。磁気トポロジカルソリトン検出器は、更に、例えばトンネル確率のようなトンネルの大きさのスピンに依存しない差、電気抵抗の差、および／または検出領域中のトポロジカル絶縁体を通る電気伝導率の差、を検出するために適用され、この差は、例えば検出領域の磁気ストリップ中のような、検出領域中の磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在による。
【００４７】
それぞれが斜視図および平面図である図１および図２は、本発明の具体例にかかる固体デバイス１を示す。この固体デバイス１は、例えば磁気抵抗ランダムアクセスメモリのような、データメモリのような集積回路デバイス、または論理状態を表す磁気トポロジカルソリトンを操作するための集積回路の中で使用するための固体成分でも良い。固体デバイス１は、例えば磁気抵抗ランダムアクセスメモリのような、データメモリのような集積回路デバイス、または論理状態を表す磁気トポロジカルソリトンを操作するための集積回路を含んでも良い。
【００４８】
固体デバイス１は、磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を表示する電気信号を形成するように適用される。例えば、磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在は、スピン波、ドメイン壁、またはスキルミオンのような例えば磁気トポロジカルソリトンのような論理状態を表しても良く、論理「１」状態として符号化されても良い。しかしながら、論理が参照された場合、具体例は、そのような符号化に限定される必要はない。例えば、磁気トポロジカルソリトンの存在は、論理「０」状態を表しても良く、または、例えば単一原子を表すために複数の磁気トポロジカルソリトンを用いる非ブール論理システム（non-Boolean logic system）が実行されても良く、または異なるタイプの磁気トポロジカルソリトンおよび／またはトポロジカル電荷の手段により多値ロジックを符号化しても良い。以下におけるブール状態（Boolean state）「０」および「１」の参照は、例えばビットまたは一連のビットによりデータを表す符号化のような、データ符号化システムおよび／または論理システムの例示的な状態としてのみ考慮され、ここではそれぞれのビットは、相互排他ロジック原子の、予め決定された有限の数から選択される。このように、２つのビット状態を表すソリトンの不存在および／または存在の使用は、例示のみを意図する。例えば、そのようなソリトンの不存在に対応する状態を可能であれば含み、または含まない、複数のソリトンの別個の状態は、例えば３つのビット状態、４つのビット状態、またはより高いビット状態のような、対応する複数の情報原子状態を表すために、本発明の具体例で使用されても良い。本開示において、「情報原子（information atom）」および「元素データキャリア（elemental data carrier）」のような用語は、単に、情報の基本ユニットおよびそのようなユニット情報のような対応する物理的な全体の符号化に対応し、いずれにしてもそのような状態を表すソリトン疑似粒子の物理的特性に限定されるものと解釈すべきではない。
【００４９】
例えば、本発明の具体例にかかる固体デバイス１は、磁気トポロジカルソリトンの状態を表す電気信号を形成するために適用され、この状態は、複数の状態から選択されても良い。例えば、複数の状態は、例えば半径の異なるスキルミオンのような、ソリトンの異なる結合状態エネルギに対応できる。
【００５０】
本発明の具体例の長所は、スキルミオンのようなソリトンのトポロジカル安定性が、要素データキャリアのようなソリトンの状態を、例えば理想的には時間の実質的な制限なしに、影響されずに維持できることである。例えば、電源は、この状態を活性維持するために必要とされない。更に、そのようなソリトン状態は、効率的に形成させることができ、一方で、蓄積された情報の維持がそれ以上必要でない場合に、効果的に消去できる。
【００５１】
固体デバイス１は、スキルミオンのような磁気トポロジカルソリトンを蓄積するための蓄積要素２を含む。蓄積要素は、トポロジカル絶縁体３と、例えばトポロジカル絶縁体の外面の上のような、トポロジカル絶縁体３の上に配置された磁気ストリップ４とを含む。特別な具体例では、磁気ストリップは、強磁性ストリップでも良い。他の具体例では、磁気ストリップは、反強磁性ストリップでも良い。磁気ストリップ４は、例えば軟磁性材料を含んでも良い。磁気ストリップは、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ、および／またはＣＯＦｅ２Ｏ３を含んでも良い。例えば３Ｄトポロジカル絶縁体のようなトポロジカル絶縁体３は、例えばＢｉ２Ｓｅ３、ＣｄＴｅ、ＴｌＢｉＴｅ２、Ｐｂ１−ｘＳｎｘＳｅおよび／またはＢｉ２Ｔｅ３を含んでも良い。
【００５２】
例えば強磁性ストリップのような磁気ストリップ４は、スキルミオンのような磁気トポロジカルソリトンがその中で形成され、ソリトンが、例えばストリップの主空間方向に沿って輸送されるようにその中を輸送されるような媒体を形成しても良い。トポロジカル絶縁体３は、磁気ストリップ４と相互作用するように形成されて、形成または絶滅プロセスの開始剤として、トポロジカル絶縁体３を通過する電流の手段により、磁気ストリップ４中で磁気トポロジカルソリトンが形成されまたは絶滅されても良い。トポロジカル絶縁体３は、磁気ストリップ４と相互作用し、この相互作用によりトポロジカル絶縁体３の物理的特性の変化により、磁気ストリップ４中の磁気トポロジカルソリトンが検出できるように適用しても良い。
【００５３】
本発明の具体例では、磁気ストリップ４は、例えば平坦外の磁化された強磁性ストリップのような平坦外の磁化された磁気ストリップを含み、またはからなっても良い。例えば、ソリトンまたは外部の影響により乱されない場合、ストリップの永久磁場を表すベクトルのような、磁気ストリップの磁化ベクトルは、例えばストリップの最小膜厚の方向に平行なような、磁気ストリップの表面に対して例えば垂直のような、実質的に垂直な方向に配置されても良い。
【００５４】
磁気ストリップの材料成分に依存して、異なるサイズの磁気トポロジカルソリトンが形成される。例えばスキルミオンのようなそのようなソリトンの大きさが、トポロジカル絶縁体の幅と共に、磁気ストリップの幅と同等である場合に、高い効率が達成できる。このように、部分的に形成されたスキルミオンのようなソリトンは、検出器７の出力に大きな影響を与える。
【００５５】
固体デバイス１は、また、例えば発生サイトから検出サイトに、蓄積要素２に沿って磁気トポロジカルソリトンを駆動するための磁気トポロジカルソリトン輸送ドライバ５を含む。磁気トポロジカルソリトン輸送ドライバ５は、蓄積要素２に沿った磁気トポロジカルソリトンの輸送移動を駆動するために適用されても良い。磁気トポロジカルソリトン輸送ドライバ５は、蓄積要素２の上に電位差を与えるために適用された少なくとも２つの電気コンタクトを含み、例えばこの少なくとも２つの電気コンタクトの、第１電気コンタクトにソリトンを引きつけて、同時に第２電気コンタクトからソリトンを引き離しても良い。例えば、磁気トポロジカルソリトン輸送ドライバ５は、例えばトポロジカル絶縁体の主空間軸の方向に配置された電場のような、蓄積要素２の上の電場を形成するための電気コンタクトＭ１、Ｍ２を含んでも良い。少なくとも２つの電気コンタクトは、例えば電位差に対応した電圧をコレクタから受けるよう形成されても良い。少なくとも２つの電気コンタクトは、例えば第１端部領域と第２端部領域のそれぞれで、この第１端部領域と第２端部領域の間の電位に、磁気トポロジカルソリトンの制御可能な輸送を可能にするように、２つの実質的に別々の位置で磁気ストリップ４にコンタクトするように配置されても良い。例えば、トポロジカル絶縁体表面の上の磁気ストリップ中の磁気トポロジカルソリトンは電気を帯びて、電場によりソリトンが動かされることは、この分野で知られている。例えばトポロジカル絶縁体の表面状態の上のスキルミオンは、電気を持ち、これにより電場により動かされる。
【００５６】
しかしながら、本発明の特定の具体例は、例えば面に沿ったソリトンの二次元移動を制御するために少なくとも３つの電気コンタクトを使用する、更に複雑な輸送ドライバ５を含み、例えば蓄積要素２の上の予め決められた複数の選択されたメモリ位置に、磁気トポロジカルソリトンを制御良く向けても良い。
【００５７】
例えば、蓄積要素は、例えば発生サイトのような第１サイトから、例えば検出サイトのような第２サイトに、磁気トポロジカルソリトンを輸送するための輸送ラインを形成してもよく、その中でこの輸送は磁気トポロジカルソリトン輸送ドライバ５により制御されて影響される。例えば、スキルミオンのシーケンス、データストリームの表示は、磁気ストリップ４の上の発生領域中で連続して形成され、一方、シーケンスは磁気ストリップ４の上の検出領域に向かって駆動される。検出領域では、蓄積された情報は、再度読み出される。
【００５８】
固体デバイス１は、例えばスキルミオンのような磁気トポロジカルソリトンの不存在または存在中に、電気信号を変換するための磁気トポロジカルソリトン発生器６を含んでも良い。磁気トポロジカルソリトン発生器６は、例えばトポロジカル絶縁体３の対向する側面上に配置された少なくとも１対のコンタクトのような、複数のコンタクトを含んでも良い。例えば、１対のコンタクトは、例えば好適には合理的に達成可能な限り低い、低抵抗率を有する１対のコンタクトを含んでも良い。そのような低抵抗率は、可能な限りソリトンの形成に特徴的に影響を与え続けても良い。
【００５９】
電気信号は、例えば集積回路の電気要素により供給され、例えば磁気トポロジカルソリトン発生器６が、電気信号を受けるために適用されても良い。電気信号は、ソリトン発生器６により、蓄積要素２の発生サイトで、磁気トポロジカルソリトンの不存在または存在に変換されても良い。例えば、蓄積要素２は、発生サイトを含んでも良い。磁気トポロジカルソリトン発生器６は、発生サイトに配置され、発生器６により受けられた電気信号に対応して、発生サイトで磁気トポロジカルソリトンを形成するように形成されても良い。
【００６０】
例えば、図２に示すように、磁気トポロジカルソリトン発生器６は、トポロジカル絶縁体の２つの対向する側面上に配置された複数のコンタクトＣ１−Ｃ４を含んでも良い。例えば、トポロジカル絶縁体は、矩形の立方体形状でも良く、その中で、この形状のエッジの３つの直交する方向は、主空間軸、第１副空間軸、および第２副空間軸に対応する。主空間軸は、例えば磁気トポロジカルソリトン輸送ドライバ５により、それに沿って磁気トポロジカルソリトンが磁気ストリップの上を輸送される方向に対応する。磁気ストリップは、主空間軸および第１副空間軸に平行なトポロジカル絶縁体の表面で、トポロジカル絶縁体にコンタクトしても良い。磁気トポロジカルソリトン発生器６の複数のコンタクトは、主空間軸および第２副空間軸に平行な立方体形状のトポロジカル絶縁体の２つの表面でトポロジカル絶縁体にコンタクトしても良い。「主（major）」および「副（minor）」の用語は、第１副空間軸と第２副空間軸の方向のそれぞれの幅Ｗおよび高さＨのそれぞれより少なくとも大きな、主空間軸の方向の長さＬを有するトポロジカル絶縁体をいい、例えばＬ≧１０ＷおよびＬ≧１０Ｈである。
【００６１】
例えば１対のコンタクトのような磁気トポロジカルソリトン発生器６のコンタクト、またはトポロジカル絶縁体の対向する側面上の１対のコンタクトのそれぞれは、磁気ストリップ中で局所的にスキルミオンを形成するためのスピン分極した電流を形成するために適用されても良い。例えば、第１副空間軸に実質的に対応する方向のコンタクト間の電圧勾配により形成される、トポロジカル絶縁体を通って流れるスピン分極された電流は、例えば図２の紙面から外に向かう方向に対応する第２副空間軸に対応する方向に、磁気ストリップ中に注入されても良い。例えば、トポロジカル絶縁体の表面により提供される大きなスピンホール角度は、大きなスピン分極電流の形成のために使用しても良い。磁気トポロジカルソリトン発生器６は、例えば局所的にスキルミオンを形成するために、コンタクトＣ１−Ｃ４を介して蓄積要素２の中のスピン分極電流の短いパルスを形成するために、パルス発生器を含んでも良い。１ｎｍから１０ｎｍ、例えば２ｎｍから８ｎｍ、例えば３ｎｍから５ｎｍ、例えば単に数ｎｍの範囲で、スキルミオンサイズが達成でき、蓄積要素２の上に蓄積されたスキルミオンの密度が非常に高くできることは、スキルミオン、およびこれによりスキルミオンを形成するために適用される磁気トポロジカルソリトン発生器６の特徴である。
【００６２】
例えばトポロジカル絶縁体の対向する側面の上に配置されたそれぞれの１対のコンタクトが、スキルミオンのようなソリトンを同時に形成できるような、多くの磁気トポロジカルソリトンが同時に形成できることが、図１および図２に示すような、磁気トポロジカルソリトン発生器中の複数の１対のコンタクトの長所である。このように、例えば２、３、または４、またはそれ以上、例えば８、１６、または３２、または本発明の観点で適用可能な一般的な全ての数字のソリトンは、同時に形成され、続いて、例えば磁気トポロジカルソリトン輸送ドライバ５を用いて、前方に動かされる。
【００６３】
例えば、ソリトンは、値「１」を有する受けられたデータビットの表示として形成され、一方、値「０」を有する受けることは、ソリトンを形成しなくても良い。例えば発生サイトで磁気ストリップ４中でスキルミオンを形成するために形成された、磁気ソリトン発生器のコンタクトで、値「１」を有する受けられたデータビットに対応して、電流が形成されても良い。更に、値「０」を有するデータビットに対応して、ソリトンが既に発生サイトに存在する場合、発生器は、ソリトンを能動的に消去するために適用されても良い。このように、発生器６は、磁気トポロジカルソリトンの上書き、消去および／または全滅のために適用されても良い。しかしながら、追加または代わりに、固体デバイス１は、例えばスキルミオンのような磁気トポロジカルソリトンを消去および／または絶滅させるための磁気トポロジカルソリトン消去器９を含んでも良い。磁気トポロジカルソリトン消去器９は、例えば、トポロジカル絶縁体３の対向する側面の上に配置された１対のコンタクトを含んでも良い。この１対のコンタクトに供給される電気信号は、蓄積要素２の上の消去領域でソリトン状態がコヒーレンスを無くすようにしても良く、例えば消去領域中の蓄積要素２の材料のグランド状態のような非ソリトン状態に、ソリトン状態を変えても良い。一方、ソリトンの形成およびソリトンの消去機能は、発生器６により実施され、磁気トポロジカルソリトン発生器６から区別される磁気トポロジカルソリトン消去器９が配置されて、磁気トポロジカルソリトンが、例えば輸送ドライバ５により、発生器６から検出器７に移動でき、次に移動方向を逆転させることなく検出器７から消去器９に移動できることは、本発明の具体例の長所である。例えば、連続した任意の長さの、連続した磁気トポロジカルソリトンが形成され、検出器に移動し、検出され、消去器に移動し、そして消去される。このソリトンの流れは、バッファのようなメモリ機能を実施するために中断することができ、またはこのソリトンの流れは、発生器と検出器の間に実質的な距離が存在する場合に、例えば発生器６から検出器７に情報を送るために、データ輸送システムの中で使用しても良いことは、この分野の当業者にとって明確であろう。
【００６４】
磁気トポロジカルソリトン発生器６は、入力として発生器により受けられたデジタルの複数のビットにより符号化された値により決定される異なる半径を有するスキルミオンのような、発生器により受けられた個々となる値を表す、異なる結合状態エネルギを有する、異なるソリトンを形成するために適用されても良い。
【００６５】
固体デバイス１は、例えばその検出領域８中のような、蓄積要素中の磁気トポロジカルソリトンの不存在または存在を表す電気信号を形成するための磁気トポロジカルソリトン検出器７を含んでも良い。磁気トポロジカルソリトン検出器は、トンネル確率のようなトンネルの大きさのスピンに依存しない差、電気抵抗の差、および／または検出領域中のトポロジカル絶縁体を通る電気伝導率の差、を検出するために適用されても良く、その中で、この差は、例えば検出領域中の磁気ストリップ中のような、検出領域中の磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在による。磁気トポロジカルソリトン検出器は、例えばそのような磁気トポロジカルソリトンの不存在に関する差のような、蓄積要素の検出領域８中の、例えばスキルミオンのような、磁気トポロジカルソリトンの存在に起因する導電率の差、または同等に抵抗率の差、を検出するために適用されても良い。例えば、スキルミオンの存在により表される論理「１」は、導電率の変化となり、一方、例えば、スキルミオンの不存在により表される論理「０」は、グランド状態の導電率に関して、導電率に影響しない。検出が、例えばソリトン状態を維持しながら非破壊で行えることが、例えばスキルミオンのようなソリトンがトポロジカルに安定性を有する本発明の具体例にかかる磁気トポロジカルソリトン検出の長所である。
【００６６】
本発明の具体例にかかる固体デバイス１は、磁気トポロジカルソリトンの状態を表す電気信号を形成するために適用しても良く、この状態は、予め決定された複数の状態から選択されても良い。この電気信号は、ソリトンの不存在または存在を表す電気信号と統合しても良く、例えば、磁気トポロジカルソリトンの不存在を表し、蓄積要素の検出領域に存在する場合にソリトンの状態を表すように電気信号は形成され、例えばソリトンの状態およびソリトンの不存在は、平行な電気信号または直線状の電気信号の上の異なるデジタル値の出力として符号化されても良い。例えば、複数の状態が、例えばスキルミオンの異なる半径に対応する、ソリトンの異なる結合状態エネルギに対応しても良い。例えば、スキルミオンの不存在により表される論理ビット対「００」は、例えばグランド状態の導電性に関して導電性が影響されず、一方、論理ビット対「０１」、「１０」、および「１１」は、３つの方向に導電率が変化する、それぞれ第１、第２、および第３の結合状態エネルギを有するスキルミオンの存在に対応しても良い。そのような異なる結合状態エネルギは、異なる、予め決められた半径を有するスキルミオンに対応しても良い。４つの値のビット対に符号化するために磁気トポロジカルソリトンの不存在と組み合わされた３つの異なる状態は、蓄積要素がそれぞれの検出状態を蓄積するために適用され、検出器が受け入れ可能な許容範囲中でそれぞれの状態を識別するために適用される限り、例えば２、３、４、５、６、７、またはより高い値、例えば１５、３１、６３、またはより高い値、例えば１２７、２５６、または一般的なすべての整数のような、いくつかの異なる状態に一般化されても良い。
【００６７】
磁気トポロジカルソリトン検出器７は、蓄積要素２の対向側面の上に配置される１対のコンタクトを含んでも良く、蓄積要素中の磁気トポロジカルソリトンの不存在または存在を表す電気信号は、この１対のコンタクトの間で抵抗率または導電率の変化により検出されても良い。例えば、１対のコンタクトは、好適には合理的に達成可能な程度に小さい、小さい抵抗率を有する１対のコンタクトを含む。そのような低い抵抗率は、可能な限り小さく、ソリトンの検出に有利に影響を与える。
【００６８】
１対のコンタクトは、蓄積要素２の対向する側面上に配置されて、トポロジカル絶縁体が１対のコンタクトの間の空間の体積を横切り、一方で磁気ストリップは、１対のコンタクトの間の空間の体積を横切らない。このように、磁気トポロジカルソリトン検出器７は、トポロジカル絶縁体を通る、電流のような電気信号を測定するように形成されても良い。例えば、磁気トポロジカルソリトン検出器７は、例えばトポロジカル絶縁体のそれぞれの表面の上でトポロジカル絶縁体とコンタクトするそれぞれのコンタクトのような、トポロジカル絶縁体の対向する側面の上に配置された１対のコンタクトＤ１、Ｄ２を含んでも良い。磁気トポロジカルソリトン検出器７は、さらに、この１対のコンタクトの間の抵抗率または導電率の変化として電気信号を検出するように適用されても良い。
【００６９】
１対のコンタクトは、蓄積要素２の対向する側面の上に配置されて、トポロジカル絶縁体および磁気ストリップが、１対のコンタクトの間の空間の体積を横切っても良い。このように、磁気トポロジカルソリトン検出器７は、トンネル磁気抵抗測定を行うように適用されても良い。例えば、磁気トポロジカルソリトン検出器７は、１対のコンタクトを含み、この１対のコンタクトの第１のコンタクト、トポロジカル絶縁体３、磁気ストリップ４、およびこの１対のコンタクトの第２のコンタクトのそれぞれのスタックを形成しても良い。磁気トポロジカルソリトン検出器７は、このように、１対のコンタクトの間の、例えばトンネル確率のような、トンネルの大きさのスピンに依存しない変化として電気信号を検出するように適用しても良い。
【００７０】
磁気トポロジカルソリトン検出器７により形成された電気信号は、従来の電子論理回路に供給されて、例えば電子論理ゲートを用いて、従来の方法でソリトン状態に蓄積された情報を処理または蓄積する。
【００７１】
例えば、ソリトンの輸送チャネルがトポロジカル絶縁体の上の強磁性体ストリップのような磁気ストリップにより形成されるように、磁気トポロジカルソリトンを検出するための簡単な方法が提供され、一方で、１対の簡単なコンタクトが検出領域に存在する場合にソリトンを検出するために使用できることが、具体例の長所である。
【００７２】
もし検出領域８に磁気トポロジカルソリトンが存在する場合、例えばディラックポイント（Dirac Point）でギャップを開くことにより、トポロジカル絶縁体のバンド構造の局所変化が起きる。これは図３および図４に示される。例えば、図３は、トポロジカル絶縁体の表面上にスキルミオンが存在しない状況を表し、一方で、図４は、トポロジカル絶縁体の表面上にスキルミオンが存在する場合の開いたギャップを示す。このバンド構造の変化は、電荷密度の変化になっても良く、これは導電率の変化として検出される。例えば、例えばスキルミオンテクスチャとトポロジカル絶縁体の表面状態との間のような、強い相互作用は、明確で安定した読み出しとなる。例えば、好適には実効交換相互作用強度（effective exchange interaction strength）は、室温でｋＴ（例えば２５ｍｅＶ）と同等、またはそれ以上が得られても良い。この相互作用強度は、例えば強磁性ストリップのような磁気ストリップの磁化の大きさ、スピンの密度、および全相互作用幅に依存しても良い。
【００７３】
固体デバイス１は、また、コントローラを含んでも良い。このコントローラは、磁気トポロジカルソリトン検出器７によるソリトンの検出のクロックのために、ハードウエアクロック、タイマー、または周波数発生器を含み、例えば、磁気トポロジカルソリトン輸送ドライバ５により検出領域を通って駆動された磁気トポロジカルソリトンが有るか否かを、特定の時間で活性化し検出する。コントローラは、また、例えばソリトンが駆動される速度を制御するような、磁気トポロジカルソリトン輸送ドライバ５を制御しても良い。
【００７４】
読み出し後、読み出しプロセスにより影響されずに、磁気トポロジカルソリトンが、例えば蓄積要素２と類似の構造を有する更なる蓄積要素に動かされても良い。この更なる蓄積要素は、例えばスキルミオンベースのデータ蓄積ユニットのような磁気トポロジカルソリトン蓄積ユニットとして提供しても良い。
【００７５】
固体デバイス１は、例えばスキルミオンのような磁気トポロジカルソリトンの形態で、データを蓄積するような、磁気抵抗ランダムアクセスメモリを含んでも良い。
【００７６】
固体デバイス１は、論理状態を表す、例えばスキルミオンのような磁気トポロジカルソリトンを操作するための論理回路を含んでも良い。
【００７７】
固体デバイス１は、多数決ゲート（majority gate）を含んでも良い。例えば、蓄積要素２は、トポロジカル絶縁体３と、トポロジカル絶縁体３の上の複数の磁気ストリップ４とを含んでも良い。例えば、強誘電体ストリップのような複数の磁気ストリップは、異なる磁気ストリップに存在する場合に、ソリトンの間で実質的な相互作用無しに、磁気トポロジカルソリトンが磁気ストリップのそれぞれに存在するのを可能にするように形成されても良い。磁気トポロジカルソリトン検出器７は、トポロジカル絶縁体の対向する側面の上に配置された１対のコンタクトを含み、検出領域８の中の蓄積要素中に存在する磁気トポロジカルソリトンの数を表す電気信号は、この１対のコンタクトの間の抵抗率または導電率の変化により検出されても良い。例えば、もし蓄積要素２が、図５に示すような、３つの磁気ストリップを含み、もし３つの内２つのスキルミオンのようなソリトンが検出領域に存在すれば、測定された導電率は、１つのスキルミオンのような１つのソリトンが検出領域に存在した場合より多く変化する。それゆえに、多数決ゲートの操作は、それぞれのスキルミオンのようなそれぞれのソリトンを、対応する論理「１」または「０」値に、依存しないで最初に変換することなしに実施できる。本発明の例示の具体例のような多数決ゲートは、計算者デザインの重要な要素を形成しても良く、更に、例えば神経ネットワークの中で使用されても良い。
【００７８】
第２の形態では、本発明は、磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を表す電気信号を形成する方法に関する。方法は、磁気トポロジカルソリトンを蓄積するための蓄積要素を提供する工程を含み、蓄積要素はトポロジカル絶縁体と、トポロジカル絶縁体の上に配置された磁気ストリップとを含む。方法は、更に、蓄積要素の検出領域中で磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を検出する工程を含む。この検出工程は、検出領域中のトポロジカル絶縁体を通る、トンネル確率のようなスピンに依存しないトンネルの大きさの差、電気抵抗の差、および／または電気伝導性の差を考慮に入れる。
【００７９】
例えば、本発明の第２の形態にかかる方法は、本発明の第１の形態の具体例に関する固体デバイス中で実行され、またはこれを用いて行われても良い。
【００８０】
蓄積要素を提供する工程は、例えばトポロジカル絶縁体の外部表面上のような、トポロジカル絶縁体の上に配置された磁気ストリップ４を提供する工程を含んでも良い。磁気ストリップは、強磁性ストリップまたは反強磁性ストリップでも良い。磁気ストリップ４は、例えば磁気的に軟性の材料を含んでも良い。磁気ストリップは、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ、および／またはＣｕＯＦｅ２Ｏ３を含んでも良い。例えば３Ｄトポロジカル絶縁体のようなトポロジカル絶縁体３は、例えば、Ｂｉ２Ｓｅ３、ＣｄＴｅ、ＴｌＢｉＴｅ２、Ｐｂ１−ｘＳｎｘＳｅおよび／またはＢｉ２Ｔｅ３を含んでも良い。
【００８１】
本発明の具体例にかかる方法は、磁気ストリップ４中に、スキルミオンのような磁気トポロジカルソリトンを形成および／または絶滅させる工程を含んでも良い。形成および／または絶滅させる工程は、トポロジカル絶縁体３を通って電流を流して、トポロジカル絶縁体３と磁気ストリップ４との相互作用が、磁気ストリップ４中の磁気トポロジカルソリトンを形成および／または絶滅させても良い。
【００８２】
磁気トポロジカルソリトンを形成する工程は、電気信号を、スキルミオンのような磁気トポロジカルソリトンの不存在または存在に変換する工程を含んでも良い。
【００８３】
磁気トポロジカルソリトンを形成する工程は、トポロジカル絶縁体を通って流れるスピン偏極した電流を形成する工程を含んでも良い。
【００８４】
磁気トポロジカルソリトンの形成工程は、例えば、磁気ストリップの中でスキルミオンのようなソリトンを部分的に形成するような、蓄積要素２の中でスピン分極した電流の、例えば短いパルスのようなパルスを形成する工程を含む。
【００８５】
本発明の具体例にかかる方法は、例えば磁気ストリップの主空間軸に沿ってソリトンを輸送するような、蓄積要素を通って磁気トポロジカルソリトンを輸送する工程を含んでもよい。この輸送工程は、本発明の第１形態の具体例にかかるデバイス中で、蓄積要素２に沿って磁気トポロジカルソリトンを駆動するために、磁気トポロジカルソリトン輸送ドライバ５を制御する工程を含む。例えば、磁気トポロジカルソリトンを輸送する工程は、発生サイトから検出サイトに、例えばスキルミオンのようなソリトンを輸送する工程を含んでも良い。
【００８６】
輸送工程は、蓄積要素２の上に電気ポテンシャル差を与える工程を含んでも良く、例えばトポロジカル絶縁体の主空間軸の方向に配置された電場のような電場を、蓄積要素２の上に形成する工程を含んでも良い。
【００８７】
本発明の具体例にかかる方法で、磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を検出する工程は、例えばその検出領域８のような、蓄積要素中の磁気トポロジカルソリトンの不存在または存在を表す電気信号を形成する工程を含んでも良い。この検出工程は、例えばトンネル確率のようなトンネルの大きさのスピンに依存しない差、電気抵抗の差、および／または検出領域中のトポロジカル絶縁体を通る電気伝導率の差、を検出する工程であって、この差は、例えば検出領域の磁気ストリップ中のような、検出領域中の磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在による工程を含んでも良い。
【００８８】
磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を検出する工程は、トポロジカル絶縁体に、その２つの対向する側面で電気的にコンタクトする１対の電気コンタクトの間の抵抗率または導電率の変化を検出する工程を含んでも良い。
【００８９】
磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を検出する工程は、例えばトンネル確率のようなトンネルの大きさのスピンに依存しない変化を、例えば、１対のコンタクトの第１コンタクト、トポロジカル絶縁体３、磁気ストリップ４、および１対のコンタクトの第２コンタクトのそれぞれからスタックが形成されるように配置された１対の電気コンタクトの上で測定される磁気抵抗として検出する工程を含んでも良い。
【００９０】
本発明の具体例にかかる方法では、スキルミオンのような磁気トポロジカルソリトンは、磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在を検出する工程の後に、例えば蓄積要素２と同じ構造を有する更なる蓄積要素に移動しても良い。この更なる蓄積要素は、例えばスキルミオンベースの蓄積ユニットのような磁気トポロジカルソリトンとして提供しても良い。
【００９１】
本発明の具体例にかかる方法では、例えばスキルミオンのような磁気トポロジカルソリトンは、磁気トポロジカルソリトンの存在または不存在の検出工程の後に、全滅しても良い。
【００９２】
本発明の具体例にかかる方法では、磁気トポロジカルソリトンが蓄積要素の検出領域中に存在する場合に、ソリトンの存在または不存在を検出する工程が、磁気トポロジカルソリトンの異なる状態を表す電気信号を形成するために適用されても良い。この電気信号は、検出領域中に存在するソリトンの状態を、複数の予め決定された認識できる状態から対応する状態として、特徴づけるのに適している。例えば、電気信号は、例えばスキルミオンの異なる半径のような、磁気トポロジカルソリトンの異なる結合状態エネルギを表しても良い。
【００９３】
本発明は、また、例えば磁気抵抗ランダムアクセスメモリのようなランダムアクセスメモリのような記憶デバイス中での、本発明の第２または第１の形態を表す具体例にかかる方法またはデバイスの使用に関する。
【００９４】
本発明は、また、論理状態を表す磁気トポロジカルソリトンを操作するための論理回路の中での、本発明の第２または第１の形態を表す具体例にかかる方法またはデバイスの使用に関する。
【００９５】
本発明は、また、例えば加算回路または神経回路網を実行する回路のような、多数決ゲートでの、本発明の第２または第１の形態を表す具体例にかかる方法またはデバイスの使用に関する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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