ЭЛЕМЕНТ И СХЕМА ХРАНЕНИЯ МАГНИТНОГО СОСТОЯНИЯ
ELEMENT AND CIRCUIT FOR STORAGE OF MAGNETIC STATE

Уровень техники
Вычислительные системы с низким потреблением энергии могут быть построены, используя спин вместо заряда в качестве переменной состояния, соединенной со схемами преобразования спин - заряд и заряд - спин. Однако схема многократного преобразования спин - заряд ухудшает преимущество работы с низким потреблением энергии вычислительной системы. Один пример устройства на основе спина представляет собой магнитное запоминающее устройство. Однако известные устройства на основе спина не могут выполнять логические расчеты.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения будут более понятны из представленного ниже подробного описания изобретения и из приложенных чертежей, на которых показаны различные варианты осуществления изобретения, которые, однако, не следует рассматривать как ограничение изобретения конкретными вариантами его осуществления, но которые предназначены только для пояснения и улучшения понимания.
Фиг. 1 - поперечное сечение элемента хранения состояния спина, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 2А - модель схемы элемента хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 2В - условное обозначение модели схемы элемента хранения состояния спина с сигналом с магнитным управлением, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 3А - элемент хранения состояния спина с магнитным сигналом управления и работающий с отрицательным источником питания, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 3В - модель схемы элемента хранения состояния спина с магнитным сигналом управления и работающая с отрицательным источником питания, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 4А - элемент хранения состояния спина с магнитным сигналом управления и работающий с положительным источником питания, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 4В - модель схемы элемента хранения состояния спина с магнитным сигналом управления и работающая с положительным источником питания, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 5А - элемент хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, элемент хранения состояния спина, работающий с отрицательным источником питания, и с прикрепленным магнитом, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов элементов хранения состояния спина по фиг. 3А-В и фиг. 4А-В, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 5В - модель схемы элемента хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, элемент хранения состояния спина, работающий с отрицательным источником питания, и с магнитом, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов элементов хранения состояния спина по фиг. 3А-В и фиг. 4А-В, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 6А - элемент хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, элемент хранения состояния спина, работающий с положительным источником питания, и с прикрепленным магнитом, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов элементов хранения состояния спина по фиг. 3А-В и фиг. 4А-В, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 6В - модель схемы элемента хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, элемент хранения состояния спина, работающий с положительным источником питания и с прикрепленным магнитом, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов элементов хранения состояния спина по фиг. 3А-В и фиг. 4А-В, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 7 - сечение демультиплексора спина, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 8А - модель схемы демультиплексора спина с магнитным сигналом управления, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 8В - условное обозначение модели схемы демультиплексора состояния спина с магнитным сигналом управления, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 9 - конечный автомат общего назначения на основе спина, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 10 - схема на уровне системы для интеллектуального устройства, содержащей процессор с элементом хранения состояния спина и/или демультиплексор спина, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
P
AP
Магнитные запоминающие устройства представляют собой пример устройств на основе спина, в которых используется устройство с магнитным туннельным переходом (MTJ), имеющее фиксированный или прикрепленный слой и свободный слой, как описано в "Current Switching in MgO-Based Magnetic Tunneling Junctions," IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 47, No. 1, January 2011 (начало на странице 156) авторов Zhu и др. Направление намагничивания в слое свободного магнита (FM) переключаются с одного направления на другое через крутящий момент передачи спина, используя ток, поляризованный спином. Это направление определяет, содержит ли устройство MTJ логическую 1 или логический 0. Когда направления намагничивания свободного и фиксированного/прикрепленного слоя (РМ) устройства MTJ, выровнены (параллельны друг другу), магнитное сопротивление (R) устройства MTJ ниже, чем когда моменты являются противоположными или антипараллельными (R). Более низкое сопротивление может быть идентифицировано, как '1', и более высокое сопротивление, как '0'.
Логическое устройство, полностью построенное на эффекте спина (ASLD) со встроенным запоминающим устройством, описано в публикации Behtash Behin-Aein et al., "Proposal for an all-spin logic device with built-in memory," Nature Nanotechnology, Vol. 5, April 2010, and Srikant Srinivasan, "Spin Logic Device With Inbuilt Nonreciprocity," IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 47, No. 10, October 2011. Однако устройство ASLD неспособно обеспечить операцию элемента сохранения состояния такую, чтобы имелся управляемый выход, который мог бы переводиться в отключенное состояние, чтобы сохранить его логическое состояние, полученное исходя из входных сигналов в предыдущем цикле тактовой частоты.
Здесь описан элемент хранения магнитного состояния или элемент хранения состояния спина (SSE) для воплощения спиновой электронной логики, например, в виде конечных автоматов, демультиплексоров, триггеров-защелок, триггеров и т.д. В одном варианте осуществления SSE содержит магнитное устройство с переменной резистивностью, которое принимает сигналы магнитного управления для регулирования сопротивления магнитного устройства с переменной резистивностью; и магнитное логическое переключающее устройство, соединенное с магнитным устройством с переменной резистивностью для управления выходным магнитным сигналом на основе сопротивления магнитного устройства с переменной резистивностью.
В таком варианте осуществления таблица логических истинных значений SSE может быть описана со ссылкой на магнитное состояние магнитного сигнала управления. Например, когда магнитное состояние магнитного сигнала управления обозначает логическую 1, входной сигнал на входном магните магнитного логического переключающего устройства проходит через канал магнитного логического переключающего устройства на его выходной магнит. Когда магнитное состояние магнитного сигнала управления обозначает логический 0, то выходной магнит сохраняет свое логическое значение, то есть свое магнитное состояние. SSE, описанный здесь, делает возможным потребление нулевой энергии (или, по существу, нулевой) энергии для сохранения состояния, вследствие продолжительности сохранения магнитного состояния. Например, логическое состояние процессора компьютера, сформированного из SSE, может поддерживаться в течение нескольких лет при малом потреблении энергии или при отсутствии потребления энергии. Описанный здесь SSE может также использоваться для разработки демультиплексора и конечного автомата, как описано в некоторых вариантах осуществления.
В одном варианте осуществления SSE используется для воплощения конечного автомата с возможностью сохранения логического состояния магнитного логического модуля между вычислениями. Варианты осуществления SSE, описанные здесь, обеспечивают возможность воплощения спиновой логики для вычислительных систем с низким потреблением энергии. Другие технические эффекты могут быть рассмотрены в вариантах осуществления, описанных ниже.
В следующем описании описаны множество деталей, обеспечивающих более полное пояснение вариантов осуществления настоящего раскрытия. Однако, для специалиста в данной области техники следует понимать, что варианты осуществления настоящего раскрытия могут быть выполнены на практике без этих конкретных деталей. В других случаях хорошо известные структуры и устройства показаны скорее в форме блок-схемы без подробностей, для исключения усложнений вариантов осуществления настоящего изобретения.
Следует отметить, что на соответствующих чертежах вариантов осуществления, сигналы представлены линиями. Некоторые линии могут быть представлены более толстыми для обозначения больше составляющих путей прохождения сигнала, и/или могут иметь стрелки на одном или больше концах для обозначения направления протекания информации. Такие обозначения не предназначены для ограничения. Скорее линии используются в связи с одним или больше примерными вариантами осуществления, с тем, чтобы способствовать более простому пониманию схемы или логического модуля. Любой представленный сигнал, в соответствии с конструктивными потребностями или предпочтениями, фактически может содержать один или больше сигналов, которые могут быть посланы в любом направлении и которые могут быть воплощены, используя любой соответствующий тип схемы передачи сигнала.
Во всем описании и в формуле изобретения термин "соединенный" означает прямое электрическое соединение между элементами, которые соединены без каких-либо промежуточных устройств. Термин "связанный" означает, либо прямое электрическое или магнитное соединение между элементами, которые соединены, или опосредованное соединение через одно или больше пассивных или активных промежуточных устройств.
Термин "схема" здесь, в общем, означает один или больше пассивных и/или активных компонентов, которые расположены с возможностью взаимодействия друг с другом, для обеспечения требуемой функции.
Термин "сигнал" здесь, в общем, означает по меньшей мере один спиновый, магнитный сигнал, сигнал электрического поля, сигнал тока, сигнал напряжения или сигнал данных/тактовой частоты. Значение "a", "an", "the" включает в себя ссылку на множественное число. Значение предлога "в" включает в себя значение предлогов "в" и "на".
Используемые здесь, если только не будет указано другое, порядковые прилагательные "первый", "второй" и "третий", и т.д., для описания общего объекта, просто обозначают, что делается ссылка на разные экземпляры подобных объектов, и не предназначены для выражения того, что эти объекты, описанные таким образом, должны быть размещены в данной последовательности, временной, пространственной, по ранжиру или любым другим образом. Термин "по существу", используемый здесь, относится к тому, что он находится в пределах 10% от цели.
На фиг. 1 показан вид в поперечном сечении элемента 100 хранения состояния спина, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. В одном варианте осуществления элемент 100 хранения состояния спина содержит магнитное устройство 101 с переменной резистивностью, соединенное с магнитным логическим переключающим устройством 102.
В одном варианте осуществления магнитное устройство 101 с переменной резистивностью содержит множество слоев, соединенных вместе, по меньшей мере, между двумя выводами 103 и 104. В одном варианте осуществления вывод 103 (также называемый здесь первым выводом) соединен с источником питания. В одном варианте осуществления вывод 104 (также называемый здесь вторым выводом) соединен с магнитным логическим переключающим устройством 102. В одном варианте осуществления источник питания на первом выводе 103 представляет собой один из положительного источника питания (например, 10 мВ), отрицательного источника питания (например, -10 мВ), источник питания постоянного тока (DC), синхронизированный источник питания (например, источник питания, переключающийся между 10 мВ и 0, или 10 мВ и -10 мВ, и т.д. с различными комбинациями рабочих циклов), источник с отключенным питанием и т.д. В одном варианте осуществления по второму выводу 104 обеспечивается источник питания (или версия источника питания) для магнитного логического переключающего устройства 102, в соответствии с сопротивлением магнитного устройства 101 с переменной резистивностью.
В одном варианте осуществления множество слоев включают в себя слой 106 прикрепленного или фиксированного магнита (РМ) с заданным направлением намагничивания. В одном варианте осуществления ферромагнитный слой закреплен путем нанесения на него расположенного в непосредственной близости антиферромагнитного слоя (такого как PtMn) и с последующим отжигом во внешнем магнитном поле. Слой 106 РМ на фиг. 1 имеет направление намагничивания, указывающее влево. В других вариантах осуществления слой 106 РМ может иметь направление намагничивания, установленное вправо. В одном варианте осуществления слой 106 РМ обеспечивает опорное значение сопротивления, связанное с магнитным устройством 101 с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления слой 106 РМ сформирован из CoFeB (кобальта-железа-бора). В одном варианте осуществления слой 106 РМ сформирован из Ko (кобальта).
В одном варианте осуществления множество слоев включает в себя слой 108 свободного магнита (FM), связанный со слоем 106 РМ. В одном варианте осуществления слой 108 FM связан со слоем 106 РМ через промежуточный слой 107. В одном варианте осуществления промежуточный слой 107 представляет собой слой металла. В одном варианте осуществления промежуточный слой сформирован из MgO (окись магния). В одном варианте осуществления промежуточный слой сформирован из Co (меди).
В одном варианте осуществления слой 108 FM связан с магнитным логическим переключающим устройством 102 через слой 109 скремблирования спина (SSL) (например, из рутения или таллия). В одном варианте осуществления SSL 109 делает электронный ток из слоя 108 FM (который может быть туннелирован из слоя 106 РМ), неполяризованным по спину. В одном варианте осуществления SSL 109 имеет короткую длину переворота спина. В одном варианте осуществления SSL 109 используется для преобразования зависящего от спина электрохимического электрического потенциала в скалярное напряжение на втором выводе 104 магнитного устройства 101 с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления SSL 109 имеет короткую длину переворота спина для вывода электронного спина из фазы в магнитном устройстве 102 с переменной резистивностью.
В одном варианте осуществления резистивностью магнитного устройства 102 с переменной резистивностью управляет магнитный сигнал управления, предусмотренный по узлу 110, связанному со слоем 108 FM. В одном варианте осуществления магнитное устройство 102 с переменной резистивностью имеет третий вывод, связанный с узлом 110 для приема магнитного сигнала управления. В одном варианте осуществления третий вывод связан со слоем 108 FM.
В одном варианте осуществления магнитный сигнал управления представляет собой магнитное состояние для связи со слоем 108 FM. В одном варианте осуществления магнитный сигнал управления представляет собой, по меньшей мере, один из электрического поля и/или спинового тока. В одном варианте осуществления, когда магнитный сигнал управления (по узлу 110) имеет магнитное состояние, обозначенное логической 1, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью позволяет туннелированный пропуск поляризованных по спину электронов с первого вывода 103 на второй конец 104. В таком варианте осуществления резистивность магнитного устройства 101 с переменной резистивностью ниже, чем опорная резистивность. В одном варианте осуществления, когда магнитный сигнал управления (по узлу 110) имеет магнитное состояние, обозначающее состояние логического нуля, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью, по существу, прекращает туннелирование поляризованных по спину электронов с первого вывода 103 на второй конец 104. В таком варианте осуществления резистивность магнитного устройства 101 с переменной резистивностью выше, чем опорная резистивность.
В других вариантах осуществления, в зависимости от направления намагничивания слоя 106 РМ, роль сигнала магнитного управления (по узлу 110) становится обратной. Например, когда направление намагничивания слоя 106 РМ направлено вправо, когда магнитный сигнал управления (по узлу 110) имеет магнитное состояние, обозначающее логическую 1, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью, по существу, прекращает туннелирование поляризованных по спину электронов с первого вывода 103 на второй конец 104. В таком варианте осуществления резистивность магнитного устройства 101 с переменной резистивностью выше, чем опорная резистивность. В таком варианте осуществления, когда магнитный сигнал управления (по узлу 110) имеет магнитное состояние, обозначающее логический 0, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью обеспечивает возможность туннелирования электронов, поляризованных по спину, с первого вывода 103 на второй вывод 104. В таком варианте осуществления резистивность магнитного устройства 101 с переменной резистивностью ниже, чем опорная резистивность.
2
2
Термин "высокая резистивность" в отношении термина "низкая резистивность" определяют как отношение 1:5. Однако другие отношения также можно использовать, например, отношение 1:10, 1:20 и т.д. В одном варианте осуществления, когда магнитное устройство 101 с переменной резистивностью содержит MTJ, произведение области резистивности находится в диапазоне 1-100 Ом-μ. В другом варианте осуществления, когда магнитное устройство 101 с переменной резистивностью содержит спиновый клапан, произведение области резистивности находится в диапазоне 1-100 мОм-μ. В других вариантах осуществления могут использоваться другие материалы с другими диапазонами произведения резистивности, которые имеют низкую и высокую резистивность, которые можно отличать друг от друга.
В то время, как в представленных здесь вариантах осуществления описано множество слоев магнитного устройства 101 с переменной резистивностью, количество которых равно четырем, в других вариантах осуществления может использоваться меньше, чем четыре или больше, чем четыре слоя различных материалов для формирования магнитного устройства 101 с переменной резистивностью.
В одном варианте осуществления магнитное логическое переключающее устройство 102 содержит входной магнит 111, связанный с выходным магнитом 112 через канал/взаимное соединение 113. В одном варианте осуществления магнитное логическое переключающее устройство 102 дополнительно содержит контактный слой 114, связанный с землей. В одном варианте осуществления контактный слой 114 связан с каналом 113. В одном варианте осуществления входной магнит 111 и выходной магнит 112 связаны со вторым выводом 104 магнитного устройства 101 с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления входной магнит 111 и выходной магнит 112 представляют собой свободные магниты, такие, как слой 108 FM.
Таким образом, чтобы не усложнять варианты осуществления магнитного логического переключающего устройства 102, другие слои не показаны. Например, входной магнит 111 и выходной магнит 112 могут иметь соответствующий контактный слой, соединенный с ними для контакта со вторым выводом 104. В одном варианте осуществления канавки вертикальной изоляции сформированы между контактным слоем 114 и входным магнитом 111, и между контактным слоем 114 и выходным магнитом 112. В одном варианте осуществления слой туннелирования сформирован так, что он соединяет входной магнит 111 с каналом 113. В одном варианте осуществления слой туннелирования сформирован так, что он связывает выходной магнит 112 с каналом 113. В одном варианте осуществления слой туннелирования сформирован так, что он связывает контакт 114 заземления с каналом 113.
В одном варианте осуществления входной магнит 111 связан с взаимным соединением (не показано), для подачи входного магнитного сигнала к входному магниту 111. В одном варианте осуществления выходной магнит 112 соединен с взаимным соединением (не показано), для вывода выходного магнитного сигнала с выходного магнита 112.
В одном варианте осуществления магнитное устройство 101 с переменной резистивностью выполнено с возможностью обеспечения управления с помощью магнитного логического переключающего устройства 102 входным магнитным сигналом от входного магнита 111 до выходного магнита 112, когда магнитное устройство 102 с переменной резистивностью имеет меньшую резистивность по сравнению с его опорной резистивностью.
В одном варианте осуществления магнитное устройство 101 с переменной резистивностью выполнено с возможностью обеспечения переноса магнитным логическим переключающим устройством 102 входного магнитного сигнала от входного магнита 111 к выходному магниту 112, когда электроны, поляризованные по спину, туннелируют с одного конца 103 на другой конец 104 магнитного устройства 101 с переменной резистивностью, другой конец 104 связан с магнитным логическим переключающим устройством 102.
В одном варианте осуществления магнитное устройство 101 с переменной резистивностью выполнено с возможностью отключения магнитного логического переключающего устройства 102 от переноса входного магнитного сигнала от входного магнита 111 к выходному магниту 112, когда магнитное устройство 101 с переменной резистивностью имеет более высокую резистивность, чем его опорная резистивность.
В одном варианте осуществления магнитное устройство 101 с переменной резистивностью выполнено с возможностью отключения магнитного логического переключающего устройства 102 так, что оно не выполняет передачу входного магнитного сигнала, принимаемого входным магнитом 111, в выходной магнит 112, когда магнитное устройство 101 с переменной резистивностью, по существу, прекращает транспортировку спина электрона с первого вывода 103 (подаваемого от источника 105 питания) ко второму выводу 104 магнитного устройства 101 с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления транспортировка спина электрона представляет собой одно из: диффузии спина; или туннелирования спина.
В одном варианте осуществления выходной магнит 112 отключенного магнитного логического переключающего устройства 102 во время работы выполнен с возможностью поддерживать предыдущее магнитное значение/состояние для выходного магнита 112. Хотя представленные здесь варианты осуществления описывают отключенное магнитное логическое переключающее устройство 102 со ссылкой на три слоя: слой 1, имеющий входной магнит 111 и выходной магнит 112, слой 2, представляющий собой канал 113, и слой 3, который представляет собой слой контакта с землей, меньшее или большее количество слоев может использоваться для формирования магнитного логического переключающего устройства 102.
На фиг. 2а показана модель 200 схемы элемента 100 хранения состояния спина с магнитным сигналом 201 управления, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Фиг. 2а описана со ссылкой на фиг. 1. Для того, чтобы не усложнять варианты осуществления изобретения, одни и те же номера ссылочных позицией не будут снова описаны.
В одном варианте осуществления модель 200 схемы содержит магнитное устройство 101 с переменной резистивностью (косая стрелка обозначает переменное сопротивление устройства 101), связанное с магнитным логическим переключающим устройством 102. В одном варианте осуществления магнитный сигнал 201 управления подают в узел 110, который связан со слоем 108 FM. В одном варианте осуществления, магнитный сигнал 201 управления управляет резистивностью магнитного устройства 101 с переменной резистивностью относительно опорной резистивности (на основе слоя 106 РМ).
В одном варианте осуществления входной магнитный сигнал 202 применяют к входному магниту 111, в котором входной магнитный сигнал 202 туннелируют через канал 113 в выходной магнит 112, когда магнитное устройство 101 с переменной резистивностью имеет низкое сопротивление, то есть узел 104 (второй вывод магнитного устройства 101 с переменной резистивностью) обеспечивает источник питания для входного магнита 111 и выходного магниту 112. В таком варианте осуществления выходной магнит 112 обеспечивает магнитный выходной сигнал 203, соответствующий входному магнитному сигналу 202. Когда магнитный сигнал 201 управления имеет такое значение, которое обеспечивает проявление магнитным устройством с переменной резистивностью 101 высокого сопротивления, тогда источник питания отключают для входного магнита 111 и выходного магнита 112. В таком варианте осуществления магнитный входной сигнал 202 не туннелирует через канал 113. В таком варианте осуществления выходной магнит 112 остается в его предыдущем магнитном состоянии.
На фиг. 2В показано условное обозначение 210 модели 200 схемы устройства 100 элемента хранения состояния спина, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Фиг. 2В описана со ссылкой на фиг. фиг. 1А и фиг. 2А.
В Таблице 1 иллюстрируется таблица истинности модели 200 цепи в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
i-1
i
В этом варианте осуществления, когда магнитный сигнал управления имеет магнитное состояние, обозначающее логический 0, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью проявляет высокую резистивность (по сравнению с его опорной резистивностью), поскольку направления спина электронов в слое 106 РМ и слое 108 FM не выровнены, то есть они имеют противоположные направления спина. В таком варианте осуществления выходной магнит 112 остается в его предыдущем значении/состоянии OUT (соответствует предыдущему входному магнитному сигналу IN).
i
В этом варианте осуществления, когда магнитный сигнал управления имеет магнитное состояние, обозначающее логическую 1, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью проявляет низкую резистивность (по сравнению с ее опорной резистивностью), поскольку направления спина электронов в слое 106 РМ и в слое FM 108 выровнены друг с другом, то есть они имеют одинаковые направления спина. В таком варианте осуществления выходной магнит 112 принимает входной магнитный сигнал IN.
На фиг. 3A показан элемент 310/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом 110 управления и работающий с отрицательным источником питания, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Для того, чтобы не усложнять варианты осуществления изобретения, описание номеров ссылочных позиций, описанных ранее, не повторяется. В этом варианте осуществления слой 106 РМ имеет намагниченность в левом направлении (обозначено как 106/311). В этом варианте осуществления отрицательный источник (например, -10 мВ) 105/312 питания подключен к первому выводу 103. Вариант осуществления на фиг. 3A аналогичен вариантам осуществления на фиг. 1 и фиг. 2А, и проявляет таблицу истинности такую, как показана в Таблице 1.
На фиг. 3B показана модель 320/200 цепи элемента 310/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом управления и работающая с отрицательным источником питания (Vp<0, например, -10 мВ), в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Фиг. 3B описана со ссылкой на фиг. 3A и Таблицу 1.
В данном варианте осуществления, когда магнитный сигнал 201 управления имеет магнитное состояние, обозначающее логический 0, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью проявляет высокую резистивность (по сравнению с его опорной резистивностью), поскольку направления спина электронов в слое 106 РМ и слое 108 FM не выровнены друг с другом, то есть имеют противоположные направления спина. В таком варианте осуществления выходной магнит 112 сохраняет свое предыдущее значение, то есть магнитный выходной сигнал поддерживает предыдущее магнитное состояние, соответствующее предыдущему входному магнитному сигналу 202.
В этом варианте осуществления, когда магнитный сигнал 201 управления имеет магнитное состояние, обозначающее логическую 1, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью проявляет низкую резистивность (по сравнению с его опорной резистивностью), поскольку направления спина электронов в слое 106 РМ и слое 108 FM выровнены, то есть имеют одинаковое направления спина. В таком варианте осуществления выходной магнит 112 принимает присутствующий входной магнитный сигнал 202.
На фиг. 4А показан элемент 410/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом управления и работающий с положительным источником питания, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Для того чтобы не усложнять варианты осуществления изобретения, описание ссылочных позиций, описанных ранее, не повторяется. В этом варианте осуществления слой 106 РМ имеет намагниченность, направленную в левую сторону (обозначено как 106). В этом варианте осуществления положительный источник 105/412 питания (например, +10 мВ) подключен к первому выводу 103.
На фиг. 4B показана модель 420/200 схемы элемента 410/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом управления и работающая с положительным источником питания, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Фиг. 4B описана со ссылкой на фиг. 4A и Таблицу 1.
Вариант осуществления на фиг. 4A аналогичен варианту осуществления на фиг. 1 и фиг. 3A, однако он проявляет такую таблицу истинности, как показано в Таблице 2.
Таблица 2 аналогична Таблице 1, за исключением того, что выходной магнитный сигнал 203/422 имеет обратный спин по сравнению со спином выходного магнитного сигнала 203/322 в Таблице 1. Обратный спин выходного магнитного сигнала 203/422 вызван положительным источником Vp 105/412, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Обратный спин на сигнала OUT обозначен меткой "bar" и кружком на выходном магните 112. Метка "bar" здесь обозначает инверсию, например, инвертированный магнитный выходной сигнал.
На фиг. 5А показан элемент 510/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, элемент хранения состояния спина, работающий с отрицательным источником питания и с прикрепленным магнитом 106/511, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов 106 в элементах хранения состояния спина по фиг. 3A-B и фиг. 4A-B, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 5B показана модель 520/200 схемы элемента 510/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, элемент хранения состояния спина, работающий с отрицательным источником питания и с прикрепленным магнитом, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов элементов хранения состояния спина, показанных на фиг. 3A-B и фиг. 4A-B, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Таким образом, чтобы не усложнять варианты осуществления изобретения, описание ссылочных позиций, описанных ранее, не будет повторяться. В данном варианте осуществления слой 106/511 РМ имеет намагниченность, направленную вправо. В данном варианте осуществления отрицательный источник (например, -10 мВ) 105/512 питания применяют к первому выводу 103.
В варианте осуществления на фиг. 5A проявляется такая таблица истинности, как показано в Таблице 3.
Таблица 3 аналогична Таблице 1, за исключением того, что магнитный сигнал 201/521 управления имеет обратный спин по сравнению со спином магнитного сигнала управления 201 в Таблице 1, для генерирования тех же выходных сигналов. Обратный спин магнитного сигнала 201/521 управления, по сравнению с магнитным сигналом 201 управления на фиг. 3А, обеспечивает проявление обратного поведения магнитным устройством с переменной резистивностью 510/100. Обратное поведение обозначено знаком кружок на узле 110.
Например, когда направление намагниченности слоя 106/511 РМ установлено в правую сторону, тогда магнитный сигнал 201/521 управления (в узле 110) имеет магнитное состояние, обозначенное логической 1, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью, по существу, прекращает туннелирование электронов, поляризованных по спину, с первого вывода 103 на второй конец 104. При таком варианте осуществления резистивность магнитного устройства 101 с переменной резистивностью будет выше, чем его опорная резистивность. В таком варианте осуществления, когда магнитный сигнал 201/521 управления (на узле 110) имеет магнитное состояние, обозначающее логический 0, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью обеспечивает туннелирование электронов, поляризованных по спину, с первого вывода 103 ко второму концу 104. В таком варианте осуществления резистивность магнитного устройства 101 с переменной резистивностью будет ниже, чем его опорная резистивность.
На фиг. 6А показан элемент 610/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом управления, элемент хранения состояния спина, работающий с положительным источником питания 106/612 (Vp>0, например, +10 мВ), и со слоем 106/611 РМ, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов элементов хранения состояния спина по фиг. 3А-В и по фиг. 4А-В, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Таким образом, с тем чтобы не усложнять варианты осуществления изобретения, описание номеров ссылочных позиций, описанных ранее, не повторяется. В этом варианте осуществления слой 106/611 РМ имеет намагниченность, направленную вправо. В этом варианте осуществления, направление намагниченности в слое 106/611 РМ делает обратным поведение магнитного сигнала управления в узле 110 по сравнению с магнитным сигналом 201 управления на фиг. 3В. В этом варианте осуществления положительный источник 105/612 питания (например, +10 мВ), подключенный к первому выводу 103, приводит к проявлению магнитным логическим переключающим устройством 102 обратного логического поведения по сравнению с магнитным логическим переключающим устройством 102 на фиг. 3В.
На фиг. 6В показана модель 620/200 схемы элемента 610/100 хранения состояния спина с магнитным сигналом 201 управления, элемент 610/100 хранения состояния спина работает с положительным источником питания и с прикрепленным магнитом, имеющим магнитное направление, отличное от магнитного направления прикрепленных магнитов элементов хранения состояния спина по фиг. 3А-В и по фиг. 4А-В, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
В вариантах осуществления на фиг. 6А-В проявляется таблица истинности, как представлено в Таблице 4.
Таблица 4 аналогична Таблице 1, за исключением того, что магнитный сигнал 201/621 управления имеет обратный спин по сравнению со спином магнитного сигнала 201 управления в Таблице 1 для генерирования тех же выходных сигналов. Обратный спин магнитного сигнала 201/621 управления, по сравнению с магнитным сигналом 201 управления по фиг. 3А, приводит к тому, что магнитное устройство 620/200 с переменной резистивностью проявляет обратное поведение. Обратное поведение обозначено знаком кружок на узле 110.
Например, когда направление намагниченности слоя 106/611 РМ представляет собой направление вправо, тогда, когда магнитный сигнал 201/621 управления (на узле 110) имеет магнитное состояние, обозначенное логической 1, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью, по существу, прекращает туннелирование поляризованных по спину электронов с первого вывода 103 на второй конец 104. В таком варианте осуществления резистивность магнитного устройства 101 с переменной резистивностью выше, чем опорная резистивность.
В таком варианте осуществления, когда магнитный сигнал 201/621 управления (узел 110) имеет магнитное состояние, обозначающее логический 0, магнитное устройство 101 с переменной резистивностью обеспечивает возможность туннелирования поляризованных по спину электронов с первого вывода 103 на второй конец 104. В таком варианте осуществления резистивность магнитного устройства 101 с переменной резистивностью ниже, чем опорная резистивность.
Таблица 4 также аналогична Таблице 1, за исключением того, что выходной магнитный сигнал 203/622 имеет обратный спин, по сравнению со спином выходного магнитного сигнала 203/322 в Таблице 1. Обратный спин выходного магнитного сигнала 203/622 обеспечивается положительным источником Vp питания (например, +10 мВ), в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Обратный спин сигнала OUT (магнитный выходной сигнал 203/622) обозначен меткой "bar" и "кружком" на выходном магните 112. Метка "bar" здесь обозначает инверсию, например, инвертированный магнитный выходной сигнал.
На фиг. 7 показан вид в поперечном сечении демультиплексора 700 спина, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Фиг. 7 описана со ссылкой на фиг. 1-6. Для того чтобы не усложнять варианты осуществления изобретения, показан демультиплексор 1-на-2. Та же концепция и структура, описанная здесь, может применяться в любой форме демультиплексора. Например, для демультиплексоров 2-на-4, 1-на-4 и т.д.
В одном варианте осуществления демультиплексор 700 спина содержит первое магнитное устройство 701 с переменной резистивностью, второе магнитное устройство 702 с переменной резистивностью и магнитное логическое переключающее устройство 720, связанное с первым магнитным устройством 701 с переменной резистивностью и вторым магнитным устройством 702 с переменной резистивностью. Для демультиплексоров 2-на-4 четыре магнитных устройства с переменной резистивностью могут быть сформированы в соответствии с одним вариантом осуществления.
Для того чтобы не усложнять варианты осуществления изобретения и для исключения повторений, будут описаны различия между фиг.7 и другими фигурами. Однако это ни коим образом не должно ограничивать вариант осуществления, показанный на фиг.7. Множество слоев первого магнитного устройства 701 с переменной резистивностью и второго магнитного устройства 702 с переменной резистивностью соответствует множеству слоев, описанных со ссылкой на фиг. 1.
Например, слои 706 и 706b соответствуют слою 106 РМ на фиг. 1, слои 707 и 707b соответствуют слою 107 на фиг. 1, слои 708 и 708b соответствуют слою 108 FM на фиг. 1 и слой 709 и 709b соответствует слою SSL 109 на фиг. 1. В этом варианте осуществления слой 706 прикрепленного магнита (РМ) первого магнитного устройства 701 с переменной резистивностью имеет направление намагниченности отличное от направления намагниченности слоя 706b РМ второго магнитного устройства 702 с переменной резистивностью.
Например, слой 706 РМ имеет направление намагниченности влево, в то время как слой 706b РМ имеет направление намагниченности вправо. В других вариантах осуществления слой 706 РМ может иметь направление намагниченности вправо, в то время как слой 706b РМ может иметь направление намагниченности вправо.
Первый вывод 703 первого магнитного устройства 701 с переменной резистивностью и первый вывод 703b второго магнитного устройства 702 с переменной резистивностью соответствуют первому выводу 103 на фиг. 1. Второй вывод 704 первого магнитного устройства 701 с переменной резистивностью и второй вывод 704b второго магнитного устройства 702 с переменной резистивностью соответствуют второму выводу 104 на фиг. 1. В одном варианте осуществления первые выводы 703 и 703b соединены с узлом 705 источника питания. В других вариантах осуществления первый вывод 703 и второй вывод 703b соединены с независимыми узлами источника питания (не показаны), которые могут обеспечивать источник питания для каждого из первых выводов 703 и 703b независимо друг от друга. Например, положительный источник питания может быть предусмотрен для первого вывода 703, в то время как синхронизированный источник питания может быть предусмотрен для второго вывода 703b. Другие вариации также рассматриваются здесь.
Хотя в вариантах осуществления здесь описано множество слоев первого и второго устройств с переменной магнитной резистивностью 701 и 702, количество которых равно четырем, в других вариантах осуществления могут использоваться меньше чем четыре или больше чем четыре количество слоев из различных материалов для формирования магнитного устройства с переменной резистивностью.
В одном варианте осуществления узел 705 источника питания обеспечивает источник питания, который представляет собой один из: положительного источника питания, отрицательного источника питания, источника питания постоянного тока, синхронизированного источника питания или источника питания с отключенным питанием.
В одном варианте осуществления магнитное логическое переключающее устройство 720 содержит множество выходных магнитов и один или больше входных магнитов. С тем чтобы не усложнять варианты осуществления изобретения, показаны демультиплексоры 1-на-2. Та же концепция и структура может применяться для любой формы демультиплексоров. В одном варианте осуществления, описанном здесь, магнитное логическое переключающее устройство 720 содержит два выходных магнита -первый выходной магнит 712а и второй выходной магнит 712b, и один входной магнит 711. Для демультиплексоров 2-на-4 магнитное логическое переключающее устройство 720 может содержать четыре выходных магнита и два входных магнита. В одном варианте осуществления демультиплексор 2-4 может быть сформирован путем комбинирования двух демультиплексоров 1-на-2.
В одном варианте осуществления выходные магниты 712а и 712b и входной магнит 711 сформированы из того же материала, что и магнит 708 и 708b. В других вариантах осуществления выходные магниты 712а и 712b сформированы из другого материала, чем входной магнит 711. В одном варианте осуществления выходные магниты 712а и 712b и входной магнит 711 представляют собой свободные магниты.
В одном варианте осуществления второй вывод 704 первого магнита 701 с переменной резистивностью связан с первым выходным магнитом 712а и входным магнитом 711. В одном варианте осуществления второй вывод 704b второго магнита 702 с переменной резистивностью связан со вторым выходным магнитом 712b и входным магнитом 711. В одном варианте осуществления общий канал 713 совместно используется выходными магнитами 712а и 712b и входным магнитом 711. Канал 712 соответствует каналу 113 по фиг. 1. В одном варианте осуществления канал 713 связан со слоем контакта с землей 713, который связан с заземлением.
С тем чтобы не усложнять варианты осуществления магнитного логического переключающего устройства 722, другие слои не показаны. Например, входной магнит 711 и первый и второй выходные магниты 712а и 712b могут иметь соответствующие контактные слои, связанные с ними, для контакта со вторыми выводами 704 и 704b, соответственно. В одном варианте осуществления вертикальная изоляционная канавка сформирована между контактным слоем 714 и входным магнитом 711. В одном варианте осуществления вертикальная изоляционная канавка сформирована между контактным слоем 714 и первым выходным магнитом 712а. В одном варианте осуществления вертикальная изоляционная канавка сформирована между контактным слоем 714 и вторым выходным магнитом 712b. В одном варианте осуществления слой туннелирования сформирован так, чтобы соединить входной магнит 711 с каналом 713. В одном варианте осуществления слой туннелирования сформирован для связи первого выходного магнита 712а с каналом 713. В одном варианте осуществления слой туннелирования сформирован так, чтобы связывать второй выходной магнит 712b с каналом 713. В одном варианте осуществления слой туннелирования сформирован так, чтобы связывать контакт 714 заземления с каналом 713.
Фиг. 8А - модель 800 схемы демультиплексора 700 спина с магнитным сигналом 801 управления, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Фиг. 8А описана со ссылкой на фиг. 7. В этом варианте осуществления магнитный сигнал 801 управления определяет установку резистивности для первого магнитного устройства 701 с переменной резистивностью и второго магнитного устройства 702 с переменной резистивностью. Магнитный сигнал 801 управления связывает слои 708 и 708b FM первого и второго устройств с переменной магнитной резистивностью 701 и 702, соответственно.
Как описано здесь, слои РМ 706 и 706b имеют противоположные направления намагниченности, соответственно. В соответствии с этим, магнитный сигнал 801 управления обеспечивает противоположные изменения резистивности по сравнению с первым магнитным устройством 701 с переменной резистивностью и вторым магнитным устройством 702 с переменной резистивностью.
Например, когда магнитный 801 сигнала управления (в узле 710) имеет магнитное состояние, обозначающее логический 0, первое магнитное устройство 701 с переменной резистивностью, по существу, прекращает туннелирование поляризованных по спину электронов с первого вывода 703 на второй вывод 704. В таком варианте осуществления резистивность первого магнитного устройства 701 с переменной резистивностью выше, чем опорная резистивность первого магнитного устройства 701 с переменной резистивностью. Как описано здесь, опорная резистивность может быть определена по слою 706 РМ. В таком варианте осуществления, когда магнитный сигнал 801 управления (в узле 710) имеет магнитное состояние, обозначающее логическую 1, первое магнитное устройство 701 с переменной резистивностью обеспечивает туннелирование поляризованных по спину электронов с первого вывода 703 на второй вывод 704. В таком варианте осуществления резистивность второго магнитного устройства 701 с переменной резистивностью ниже, чем опорная резистивность первого магнитного устройства 701 с переменной резистивностью.
Второй вывод 704 обеспечивает источник питания для магнитного логического переключающего устройства 804 (содержащего элементы 712а, 711, 713, 714). Второй вывод 704b обеспечивает источник питания для магнитного логического переключающего устройства 805 (содержащего элементы 712b, 711, 713,714).
В одном варианте осуществления, когда магнитный сигнал 801 управления (в узле 710) имеет магнитное состояние, обозначающее логический 1, второе магнитное устройство 702 с переменной резистивностью, по существу, прекращает туннелирование поляризованных по спину электронов с первого вывода 703b на второй вывод 704b. В таком варианте осуществления резистивность второго магнитного устройства 702 с переменной резистивностью выше, чем опорная резистивность. Как описано здесь, опорная резистивность может быть определена по слою 706b РМ. В таком варианте осуществления, когда магнитный сигнал 801 управления (в узле 710) имеет магнитное состояние, обозначающее логический 0, второе магнитное устройство 702 с переменной резистивностью обеспечивает туннелирование поляризованных по спину электронов с первого вывода 703b на второй вывод 704b. В таком варианте осуществления резистивность второго магнитного устройства 702 с переменной резистивностью ниже, чем опорная резистивность второго магнитного устройства 702 с переменной резистивностью.
В одном варианте осуществления магнитный входной сигнал 802 подают на входной магнит 711. В зависимости от резистивности первого и второго магнитных устройств 701 и 702 с переменной резистивностью, магнитный входной сигнал 802 туннелируют либо в первый выходной магнит 712а, либо во второй выходной магнит 712b. В варианте осуществления, когда первое магнитное устройство 701 с переменной резистивностью имеет высокую резистивность по сравнению с его опорной резистивностью, магнитный выходной сигнал 803а выходного магнита 712а сохраняет свое предыдущее магнитное состояние. В таком варианте осуществления магнитный сигнал 801 управления обеспечивает то, что второе магнитное устройство 702 с переменной резистивностью будет иметь низкое сопротивление по сравнению с его опорной резистивностью. В этом варианте осуществления магнитный выходной сигнал 803b выходного магнита 712b принимает текущее магнитное состояние входного магнитного сигнала 802.
На фиг. 8В показано условное обозначение 810 модели 800 схемы состояния спинов демультиплексора 700 с магнитным сигналом управления, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Фиг. 8В поясняется со ссылкой на фиг. 7-8А и Таблицу 5.
Как было описано со ссылкой на фиг. 3-6, изменение источника питания в узле 705 (так же, как в позиции 105 на фиг. 1) может привести к установлению на обратное направления спина и, таким образом, поведения магнитного демультиплексора 800. В результате изменения полярности источника питания может быть получена комплементарная логическая конструкция.
На фиг. 9 показан конечный автомат 900 общего назначения, работающий на принципе спина, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. В одном варианте осуществления конечный автомат 900, работающий на принципе спина, содержит магнитный модуль 901 тактовой частоты, следующую логическую схему 902 хранения магнитного состояния, регистр 903 хранения магнитного состояния и магнитную выходную логическую схему 904, связанные вместе, как показано. Межсоединения 905, 906, 907, 908, 909 и 910 передают магнитные сигналы. Логические модули 901, 902, 903 и 904 могут содержать элемент 100 хранения магнитного состояния и/или магнитный демультиплексор 700, как описано здесь. Узлы 905, 906, 907, 908, 909 и 910 могут быть соединены с узлами 110, 111, 112, 105 по фиг. 1 и/или 705, 710, 712а, 711 и 712b по фиг. 7.
В одном варианте осуществления модуль 901 магнитной тактовой частоты генерирует сигнал магнитного переключения в узле 910 для регистра 902 хранения магнитного состояния. Например, магнитный сигнал переключения используется для подачи источника (105) питания к элементу 100 хранения магнитного состояния. В одном варианте осуществления узел 910 связан с узлом 110 для управления регистром 903 магнитного состояния.
Конечный автомат 900 общего назначения, работающий на принципе спина, обеспечивает основной строительный блок для воплощения исполнительных модулей и арифметических-логических модулей (ALU) в процессорах. Описанные здесь варианты осуществления могут, таким образом, использоваться для составления любого логического элемента (например, мультиплексора, элемента NAND, элемента NOR и т.д.), используя элемент 100 хранения магнитного состояния и/или магнитный демультиплексор 700, как описано здесь.
На фиг. 10 показана схема на уровне системы интеллектуального устройства, содержащего процессор с элементом хранения состояния спина и/или демультиплексором спина, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. На фиг. 10 также иллюстрируется блок-схема варианта осуществления мобильного устройства, в котором можно использовать разъемы интерфейса с плоской поверхностью. В одном варианте осуществления вычислительное устройство 1600 представляет собой мобильное вычислительное устройство, такое как вычислительный планшет, мобильный телефон или смартфон, электронный считыватель с функцией беспроводного устройства или другое беспроводное мобильное устройство. Следует понимать, что определенные компоненты показаны в общих чертах и не все компоненты такого устройства показаны в устройстве 1600.
В одном варианте осуществления вычислительное устройство 1600 включает в себя первый процессор 1610 с элементом 100 сохранения магнитного состояния и/или магнитный демультиплексор 700, и второй процессор 1690 с элементом 100 хранения магнитного состояния и/или магнитный демультиплексор 700, в соответствии с вариантами осуществления, описанными здесь.
Различные варианты осуществления настоящего изобретения могут также содержать сетевой интерфейс в пределах узла 1670, такой как беспроводный интерфейс, таким образом, что вариант осуществления системы может быть внедрен в беспроводное устройство, например, сотовый телефон или карманный персональный компьютер.
В одном варианте осуществления процессор 1610 может включать в себя одно или больше физических устройств, таких как микропроцессоры, процессоры приложения, микроконтроллеры, программируемые логические устройства или другое средство обработки. Операции обработки, выполняемые процессором 1610, включают в себя исполнение операционной платформы или операционной системы, в которой исполняются приложения и/или функции устройства. Операции обработки включают в себя операции, относящиеся I/O (ввод-вывод) пользователя-человека или к другим устройствам, операции, относящиеся к администрированию мощностью, и/или операции, относящиеся к присоединению вычислительного устройства 1600 к другому устройству. Операции обработки также могут включать в себя операции, относящиеся к I/O аудиоданных и/или I/O дисплея.
В одном варианте осуществления вычислительное устройство 1600 включает в себя аудио подсистему 1620, которая представляет собой компоненты аппаратных средств (например, аппаратные средства для аудиоданных и аудиоцепи) и программного обеспечения (например, драйверы, кодеки), ассоциированные с предоставлением аудиофункций для вычислительного устройства. Аудиофункции могут включать в себя вывод громкоговорителя и/или головного телефона, а также ввод через микрофон. Устройства для таких функций могут быть интегрированы в устройство 1600 или могут быть соединены с вычислительным устройством 1600. В одном варианте осуществления пользователь взаимодействует с вычислительным устройством 1600, предоставляя аудиокоманды, которые принимает и которые обрабатывает процессор 1610.
Подсистема 1630 дисплея представляет компоненты аппаратного обеспечения (например, устройства дисплея) и программного обеспечения (например, драйверы), которые обеспечивают визуальное и/или тактильное отображение для пользователя, для взаимодействия с вычислительным устройством. Подсистема 1630 дисплея включает в себя интерфейс 1632 дисплея, который включает в себя определенный экран или аппаратное устройство, используемое для обеспечения отображения для пользователя. В одном варианте осуществления интерфейс 1632 дисплея включает в себя логику, отдельную от процессора 1610, для выполнения, по меньшей мере, некоторой обработки, относящейся к отображению. В одном варианте осуществления подсистема 1630 дисплея включает в себя сенсорный экран (или сенсорную панель), устройство, которое обеспечивает для пользователя как входные, так и выходные данные.
Контроллер 1640 I/O представляет аппаратные устройства и программные компоненты, относящиеся к взаимодействию с пользователем. Контроллер 1640 I/O может работать для администрирования аппаратными средствами, которые представляют собой часть аудио подсистемы 1620 и/или подсистемы 1630 дисплея. Кроме того, контроллер 1640 I/O представляет точку контакта для дополнительных устройств, которые соединяются с устройством 1600, через которые пользователь может взаимодействовать с системой. Например, устройства, которые могут быть прикреплены к вычислительному устройству 1600, могут включать в себя устройства микрофона, громкоговоритель или стереосистемы, видеосистемы или другое устройство дисплея, устройства клавиатуры или кнопочной панели или другие устройства I/O для использования с конкретными приложениями, такими как считыватели карт или другие устройства.
Как упомянуто выше, контроллер 1640 I/O может взаимодействовать с аудио подсистемой 1620 и/или подсистемой 1630 дисплея. Например, ввод данных через микрофон или другое аудиоустройство может предоставлять входные данные или команды для одного или больше приложений или функций вычислительного устройства 1600. Кроме того, аудиовыход может быть предусмотрен вместо или в дополнение к выводу на дисплей. В другом примере, если подсистема дисплея включает в себя сенсорный экран, устройство дисплея также действует, как входное устройство, которым может, по меньшей мере, частично управлять контроллер 1640 I/O. В вычислительном устройстве 1600 могут также присутствовать дополнительные кнопки или переключатели для обеспечения функций I/O, которыми администрирует контроллер 1640 I/O.
В одном варианте осуществления контроллер 1640 I/O администрирует устройствами, такими как акселерометры, камеры, датчики света или другие датчики окружающей среды или другими аппаратными средствами, которые могут быть включены в вычислительное устройство 1600. Входные данные могут представлять собой часть непосредственного взаимодействия пользователя, а также предоставлять входные данные, относящиеся к окружающей среде, в систему для влияния на ее операции (такие как фильтрация шумов, регулирование отображения в детектировании яркости, применение вспышки для фотокамеры или другие свойства).
В одном варианте осуществления вычислительное устройство 1600 включает в себя администрирование 1650 энергией, которое управляет использованием энергии батареи, зарядом батареи и свойствами, относящимися к операциям по экономии энергии. Подсистема 1660 запоминающего устройства включает в себя запоминающие устройства для сохранения информация в устройстве 1600. Запоминающее устройство может включать в себя энергонезависимое (состояние не изменяется, если питание запоминающего устройства будет прервано) и/или энергозависимое (состояние становится неопределенным, если питание запоминающего устройства прерывают) запоминающие устройства. Запоминающее устройство 1660 может сохранять данные приложения, данные пользователя, музыкальные данные, фотографии, документы или другие данные, а также системные данные (длительно или временно), относящиеся к исполнению приложений и функций вычислительного устройства 1600.
Элементы вариантов осуществления также предложены в качестве считываемого устройством носителя информации (например, запоминающее устройство 1660), предназначенное для сохранения исполняемых компьютером инструкций (например, инструкций, для воплощения любых других процессов, описанных здесь). Например, способ формирования элементов хранения состояния, описанных здесь, может быть воплощен с использованием исполняемых компьютером инструкций. Считываемый компьютером носитель информации (например, запоминающее устройство 1660) может включать в себя, но не ограничен этим, запоминающее устройство флэш, оптические диски, CD-ROM, DVD ROM, RAM, EPROM, EEPROM, магнитные или оптические карты, или считываемые устройством носители информации другого типа, пригодные для сохранения электронных или исполняемых компьютером инструкций. Например, варианты осуществления изобретения могут быть загружены в качестве компьютерной программы (например, BIOS), которая может быть передана из удаленного компьютера (например, сервера) в запрашиваемый компьютер (например, клиента), используя сигналы данных через канал передачи данных (например, соединение через модем или сеть).
Возможность 1670 соединения включает в себя аппаратные устройства (например, беспроводные и/или проводные соединители и аппаратные средства для передачи данных) и программные компоненты (например, драйвер, стеки протокола) для обеспечения для вычислительного устройства 1600 возможности связи с внешними устройствами. Устройство 1600 может представлять собой отдельные устройства, такие как другие вычислительные устройства, точки беспроводного доступа или базовые станции, а также периферийные устройства, такие как гарнитура, принтеры или другие устройства.
Возможность 1670 соединения может включать в себя множество разных типов возможности соединения. Для обобщения, вычислительное устройство 1600 представлено с возможностью 1672 соединения через сотовую систему передачи данных и возможностью 1674 беспроводного соединения. Возможность 1672 соединения через сотовую систему передачи данных относится, в общем, к возможности соединения через сотовую сеть, обеспечиваемую беспроводными носителями, такими, как носители, предусмотренные через GSM (глобальная система мобильной связи) или ее вариантами, или производными, CDMA (множественный доступ с кодовым разделением каналов) или вариантами, или производными, TDM (мультиплексирование с разделением по времени) или его вариантами, или производными, или в соответствии с другими стандартам предоставления сотовых услуг. Возможность 1674 соединения по беспроводному каналу передачи относится к возможности соединения по беспроводному каналу передачи, который не является сотовой системой и может включать в себя персональные вычислительные сети (такие как Bluetooth, передача данных в ближнем поле и т.д.), локальные вычислительные сети (такие как Wi-Fi), и/или глобальные вычислительные сети (такие как WiMax) или другая беспроводная передача данных.
Периферийные соединения 1680 включают в себя интерфейсы аппаратных средств и соединители, а также программные компоненты (например, драйверы, стеки протокола) для обеспечения периферийных соединений. Следует понимать, что вычислительное устройство 1600 может представлять собой как периферийное устройство ("в" 1682) для других вычислительных устройств, а также может иметь периферийные устройства ("из" 1684), соединенные с ним. Вычислительное устройство 1600 обычно имеет разъем для "стыковки" с базовым блоком для соединения с другими вычислительными устройствами для таких целей как администрирование (например, загрузка и/или выгрузка, изменение, синхронизация) содержания в устройстве 1600. Кроме того, разъем для стыковки может обеспечивать доступ к устройству 1600, возможность соединения с определенными периферийными устройствами, которые позволяют вычислительному устройству 1600 управлять выходным содержанием, например, для аудиовизуальных или других систем.
В дополнение к специальному стыковочному разъему или другим специализированным соединительным аппаратным средствам, вычислительное устройство 1600 может иметь периферийные соединения 1680 через общие или основанные на стандартах разъемы. Общие типы могут включать в себя разъем универсальной последовательной шины (USB) (который может включать в себя любое количество разных интерфейсов аппаратных средств), порт дисплея, включающий в себя MiniDisplayPort (MDP), мультимедийный интерфейс высокой четкости (HDMI), Firewire или другой тип разъема.
Элемент 100 хранения магнитного состояния и магнитный демультиплексор 700, описанные здесь, могут использоваться в качестве беспроводных цепей. В одном варианте осуществления элемент 100 хранения магнитного состояния и магнитный демультиплексор 700 используется в блоках 1670, 1680, 1620, 1640 и 1630.
Ссылка в данном описании на "вариант осуществления," "один вариант осуществления", "некоторые варианты осуществления" или "другие варианты осуществления" означает, что конкретное свойство, структура или характеристика, описанные в связи с вариантами осуществления, включена по меньшей мере в некоторые варианты осуществления, но не обязательно во все варианты осуществления. Различные появления "варианта осуществления," "одного варианта осуществления" или "некоторых вариантов осуществления" не обязательно все относятся к одним и тем же вариантам осуществления. Если в описании указан компонент, свойство, структура или характеристика "может" "могла бы" или "возможно" этот конкретный компонент, свойство, структура, или характеристика не обязательно должны быть включены. Если описание или формула изобретения относятся к элементу "а" или "an", это не означает, что присутствует только один из элементов. Если описание или формула изобретения относится к "дополнительному" элементу, это не исключает, что присутствует больше, чем один дополнительный элемент.
В то время как раскрытие было описано со ссылкой на конкретные его варианты осуществления, множество альтернатив, модификаций и модификаций таких вариантов осуществления будут понятны для специалистов в данной области техники с учетом представленного выше описания. Варианты осуществления изобретения предназначены для охвата всех таких альтернатив, модификаций и вариантов, которые попадают в пределы широкого объема приложенной формулы изобретения.
Кроме того, хорошо известные соединения с источником питания/заземлением интегральной схемы (IC) и других компонентов могут быть показаны или могут не быть показаны на представленных чертежах для упрощения иллюстрации и описания, и таким образом, они не усложняют изобретение. Кроме того, могут быть представлены компоновки в форме блок-схем для исключения усложнения раскрытия изобретения, и также с учетом того факта, что специфика в отношении вариантов осуществления таких компоновок блок-схем в чрезвычайной степени зависит от платформы, на которой должно быть воплощено настоящее изобретение, то есть такая специфика вполне должна находиться в пределах перспективы специалиста в данной области техники. Когда конкретные детали (например, схемы) представлены по порядку для описания примерных вариантов осуществления изобретения, специалисту в данной области техники следует понимать, что изобретение может быть выполнено на практике без этих конкретных деталей или с их вариантами. Описание, таким образом, следует рассматривать, как иллюстрацию, а не ограничение.
Следующие примеры относятся к дополнительным вариантам осуществления. Специфика примеров может использоваться везде, в одном или больше вариантах осуществления. Все дополнительные свойства устройства, описанные здесь, могут также быть воплощены в отношении способа или процесса.
Например, в одном варианте осуществления устройство содержит: магнитное устройство с переменной резистивностью, предназначенное для получения магнитного сигнала управления для регулирования резистивности магнитного устройства с переменной резистивностью; и магнитное логическое переключающее устройство, связанное с магнитным устройством с переменной резистивностью для приема магнитных логических входных данных и выполнения логической операции для магнитных логических входных данных, и для передачи и вывода магнитного сигнала на основе резистивности магнитного устройства с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления магнитный сигнал управления представляет собой магнитное состояние для подключения к свободному магнитному слою магнитного устройства с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления магнитное устройство с переменной резистивностью во время работы принимает магнитный сигнал управления, который представляет собой: электрическое поле; или спиновый ток.
В одном варианте магнитное логическое переключающее устройство содержит: входной магнит для приема магнитных логических входных данных; и выходной магнит для управления выходным магнитным сигналом. В одном варианте осуществления магнитное устройство с переменной резистивностью выполнено с возможностью во время работы обеспечивать передачу магнитным логическим переключающим устройством магнитного логического входного сигнала в выходной магнит, когда магнитное устройство с переменной резистивностью имеет меньшую резистивность по сравнению с опорной резистивностью.
В одном варианте магнитное устройство с переменной резистивностью во время работы обеспечивает передачу магнитной логической переключающей схемой магнитных логических сигналов, передаваемых в выходной магнит, когда поляризованные по спину электроны туннелируют с одного конца на другой конец магнитного устройства с переменной резистивностью, второй конец связан с магнитным логическим переключающим устройством. В одном варианте магнитное устройство с переменной резистивностью во время работы отключает магнитное логическое переключающее устройство, не позволяя ему управлять передачей входных магнитных логических сигналов в выходной магнит, когда магнитное устройство с переменной резистивностью имеет более высокую резистивность, чем опорная резистивность.
В одном варианте осуществления магнитное устройство с переменной резистивностью во время работы отключает магнитное логическое переключающее устройство, не позволяя ему передавать входные магнитные логические сигналы в выходной магнит, когда магнитное устройство с переменной резистивностью, по существу, прекращает транспортировать спин электронов с одного конца на другой конец магнитного устройства с переменной резистивностью, при этом второй конец соединен с магнитным логическим переключающим устройством. В одном варианте осуществления другой конец связан с входным магнитом и выходным магнитом магнитного логического переключающего устройства. В одном варианте осуществления выходной магнит отключенного магнитного логического переключающего устройства предназначен для поддержания предыдущего магнитного значения выходного магнита. В одном варианте осуществления магнитное устройство с переменной резистивностью во время работы, по существу, прекращает транспорт спина электронов, который представляет собой: диффузию спина или туннелирование спина. В одном варианте осуществления магнитное устройство с переменной резистивностью основано по меньшей мере на одном из следующих эффектов: магнитный туннельный переход (MTJ); или спиновый клапан.
В одном варианте осуществления магнитное устройство с переменной резистивностью содержит: первый вывод, связанный с источником питания; второй вывод, связанный с магнитным логическим переключающим устройством; и третий вывод, предназначенный для приема магнитного сигнала управления. В одном варианте осуществления первый вывод во время работы принимает по меньшей мере одно из следующих видов питания: положительный источник питания; отрицательный источник питания; источника питания постоянного тока (DC); синхронизированный источник питания; или источник питания с отключенным питанием. В одном варианте осуществления второй вывод во время работы обеспечивает источник питания или вариант источника питания для магнитного логического переключающего устройства.
В одном варианте осуществления магнитное устройство с переменной резистивностью содержит: первый слой, имеющий прикрепленный магнит, для обеспечения опорного значения; и множество магнитных слоев, один из которых связан с первым слоем, причем по меньшей мере один из множества магнитных слоев является восприимчивым к спиновому току электрона. В одном варианте осуществления множество магнитных слоев переменного резистивного устройства содержит свободный магнитный слой, причем магнитный сигнал управления представляет собой магнитное состояние, связанное со свободным магнитным слоем. В одном варианте осуществления множество магнитных слоев переменного резистивного устройства содержит слой скремблирования спина (SSL), для получения тока электронов из магнитного устройства с переменной резистивностью, без поляризации спина. В одном варианте осуществления SSL используют для преобразования зависимого от спина электрохимического электрического потенциала в скалярное напряжение на одном выводе магнитного устройства с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления SSL имеет короткую длину переворота спина, для вывода из фазы спина электронов в магнитном устройстве с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления магнитное устройство с переменной резистивностью и магнитное логическое переключающее устройство формируют элемент хранения спина электрона.
В другом примере магнитный демультиплексор содержит: первое магнитное устройство с переменной резистивностью для приема магнитного сигнала управления, для регулирования сопротивления первого магнитного устройства с переменной резистивностью; второе магнитное устройство с переменной резистивностью для приема магнитного сигнала управления, для регулирования сопротивления второго магнитного устройства с переменной резистивностью; и магнитное логическое переключающее устройство, связанное с первым и вторым переменными резистивными магнитными устройствами, магнитное логическое переключающее устройство, имеющее, по меньшей мере, два выходных магнита для вывода магнитных сигналов на основе значения сопротивления первого и второго устройств с переменной магнитной резистивностью.
В одном варианте осуществления магнитный сигнал управления представляет собой магнитное состояние для связи со слоями свободного магнита первого и второго устройств с переменной магнитной резистивностью. В одном варианте осуществления первое магнитное устройство с переменной резистивностью содержит прикрепленный магнит, который является взаимодополняющим для прикрепленного магнита второго магнитного устройства с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления резистивность первого магнитного устройства с переменной резистивностью отличается от резистивности второго магнитного устройства с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления магнитное логическое переключающее устройство содержит входной магнит для приема входного магнитного сигнала. В одном варианте осуществления по меньшей мере два выходных магнита включают в себя первый выходной магнит для управления входным магнитным сигналом, когда резистивность первого магнитного устройства с переменной резистивностью отличается от резистивности второго магнитного устройства с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления по меньшей мере два выходных магнита включают в себя второй выходной магнит для поддержания предыдущего магнитного значения во втором выходном магните. В одном варианте осуществления первое и второе устройства с переменной магнитной резистивностью основаны по меньшей мере на одном из эффектов: магнитного туннельного перехода (MTJ); или спинового клапана.
В одном варианте осуществления первое и второе устройства с переменной магнитной резистивностью содержат: первый вывод, связанный с источником питания; второй вывод, связанный с магнитным логическим переключающим устройством; и третий вывод для приема магнитного сигнала управления. В одном варианте осуществления первый вывод во время работы принимает по меньшей мере один из следующих источников питания: положительный источник питания; отрицательный источник питания; источник питания постоянного тока (DC); синхронизированный источник питания; или источник питания с отключенным питанием. В одном варианте осуществления второй вывод во время работы предоставляет источник питания или вариант источника питания для магнитного логического переключающего устройства.
В одном варианте осуществления первое и второе устройства с переменной магнитной резистивностью содержат: первый слой, имеющий прикрепленный магнит, для обеспечения опоры; и множество магнитных слоев, один из которых связан с первым слоем, причем по меньшей мере один из множества магнитных слоев является восприимчивым к спиновому току электрона. В одном варианте осуществления множество магнитных слоев первого и второго устройств с переменной резистивностью содержит свободный магнитный слой, при этом магнитный сигнал управления представляет собой магнитное состояние, связанное со свободным магнитным слоем. В одном варианте осуществления множество магнитных слоев первого и второго устройств с переменной резистивностью содержит слой скремблирования спина (SSL) для получения тока электронов из первого и второго устройств с переменной резистивностью, без поляризации спина.
В одном варианте осуществления SSL используют для преобразования электрохимического электрического потенциала, зависящего от спина, в скалярное напряжение на одном выводе первого и второго устройств с переменной магнитной резистивностью. В одном варианте осуществления SSL имеет короткую длину переворота спина, для вывода из фазы спина электрона в первом и втором устройствах с переменной магнитной резистивностью. В одном варианте осуществления опорное значение первого магнитного устройства с переменной резистивностью отличается от опорного значения второго магнитного устройства с переменной резистивностью. В одном варианте осуществления первое и второе устройства с переменной магнитной резистивностью во время работы принимают магнитный сигнал управления, который представляет собой: электрическое поле; или спиновый ток.
В другом примере магнитный логический модуль на основе спина содержит: устройство элемента хранения магнитного состояния в соответствии с устройством, описанным здесь; и магнитный демультиплексор, прямо или опосредованно связанный с устройством элемента хранения магнитного состояния, магнитный демультиплексор, в соответствии с магнитным демультиплексором, описанным здесь. В одном варианте осуществления элемент хранения магнитного состояния содержит по меньшей мере один из следующих элементов: магнитный триггер D-типа; или набора магнитных триггеров. В одном варианте осуществления магнитный логический модуль, работающий на основе спина, дополнительно содержит магнитные модули комбинаторной логики, включающие в себя магнитное логическое переключающее устройство.
В другом примере вычислительная система содержит: беспроводную антенну; и процессор, выполненный с возможностью обмена данными через беспроводную антенну, процессор, имеющий по меньшей мере один из: элемента хранения магнитного состояния, в соответствии с устройством, описанным здесь; или магнитного демультиплексора, прямо или опосредованно связанного с элементом хранения магнитного состояния, магнитный демультиплексор, в соответствии с демультиплексором, описанным здесь.
В одном варианте осуществления элемент хранения магнитного состояния содержит по меньшей мере один из следующих элементов: магнитный триггер D-типа; или набор магнитных триггеров. В одном варианте осуществления вычислительная система дополнительно содержит модули магнитной комбинаторной логики, включающие в себя магнитное логическое переключающее устройство. В одном варианте осуществления вычислительная система дополнительно содержит модуль дисплея.
Представлен реферат, который позволяет читателю определить природу и сущность технического изобретения. Реферат представлен с пониманием того, что он не будет использоваться для ограничения объема или значения формулы изобретения. Следующая формула изобретения, таким образом, встроена в подробное описание изобретения, при этом каждый пункт формулы изобретения следует рассматривать по отдельности как отдельный вариант осуществления изобретения.