具有自旋霍尔电极和电荷互连的自旋逻辑的制作方法

文档编号:14478006
研发日期:2018/5/19

检测磁体的状态是用于磁性存储器和磁性逻辑器件的基本计算步骤。磁体的状态确定了它在存储逻辑零还是逻辑一。磁性存储器的示例是自旋转移矩(STT)磁性随机存取存储器(MRAM)。在STTMRAM中,通过感测存储器的磁性器件的电阻,并且然后将该电阻与参考电阻进行比较,来确定磁性存储器的状态。从磁性状态到电荷变量的转换对于磁性自旋逻辑和互连而言也是重要的。例如,诸如电流之类的电荷变量可以流过长互连到其它磁性自旋逻辑。然而,现有的磁体检测是基于磁性隧道结(MTJ)和/或遭受若干限制的自旋电流互连。例如,从自旋电流到由隧穿磁阻(TMR)介导的电荷变量的转换具有有限的转换效率,自存储器的基于TMR的读出将器件电阻限制在4k到8K欧姆的范围内,并且基于自旋电流的互连由于沿着互连的长度的自旋降低而在互连长度上有所限制。这些限制和约束导致了低效率的切换、STTMRAM有限的读取速度、以及自旋逻辑的有限的互连选择。附图说明根据下面给出的详细描述以及本公开内容的各种实施例的附图,将更全面地理解本公开内容的实施例,然而,不应将其理解为将本公开内容限制于特定的实施例,而仅是用于解释和理解。图1C示出了具有MTJ的基于典型的隧穿磁阻(TMR)的读出的磁性隧道结(MTJ)。图1B示出了具有耦合到由自旋霍尔效应(SHE)材料形成的电极的MTJ的层的叠置体,其中SHE材料将电荷流(chargecurrent)转换为自旋电流。图2示出了根据本公开内容的一些实施例的实现为中继器的自旋轨道耦合逻辑(SOCL)器件。图3示出了根据本公开内容的一些实施例的实现为逆变器的SOCL器件。图4示出了根据本公开内容的一些实施例的SOCL器件的横截面。图5示出了根据本公开内容的一些其它实施例的具有与另一个器件耦合的导体的SOCL器件。图6A-B示出了根据本公开内容的一些实施例的具有绝缘铁磁体(IFM)并具有与另一个器件耦合的导体的SOCL器件。图7A-B示出了根据本公开内容的一些实施例的多数门SOCL器件。图8示出了根据本公开内容的一些实施例的用于使用SOCL器件将自旋转换为电荷并且然后返回到自旋电流的方法的流程图。图9示出了根据本公开内容的一些实施例的用于制造SOCL器件的方法的流程图。图10示出了根据一些实施例的具有SOCL器件的智能设备或计算机系统或SoC(片上系统)。具体实施方式基于隧穿磁阻(TMR)的自旋-电荷变量转换具有有限的转换效率。图1A示出了磁性隧道结(MTJ)100的基于典型的TMR的读出。在一个示例中,MTJ101/102包括叠置铁磁层(例如,自由磁体)与隧穿电介质(例如,MgO)和另一个铁磁层(固定磁体)。中间的曲线示出了针对自由磁体相对于固定磁体的两个磁化方向的电阻(RMTJ)与MTJ101/102上的电压的依赖关系,其中电阻以欧姆为单位并且电压以伏特为单位。在此,MTJ101示出了其中自由磁体的磁化与固定磁体的磁化处于相同方向(即,磁化的方向相互平行(P))的低电阻状态。MTJ102示出了其中自由磁体的磁化的方向与固定磁体的磁化的方向处于相反方向(即,磁化的方向彼此反平行(AP))的高电阻状态。在此,通过感测MTJ101/102上大约4k欧姆的电阻变化(其在10μA读取电流下转换为40mV-80mV的电压)而获得磁化的读出。在该示例中,10μA的读取电流限制了总读取时间为5ns-10ns,这是很慢的。这样,MTJ101/102的基于TMR的读出在其可以生成的信号强度和速度方面被高度限制。图1B示出了具有耦合到由自旋霍尔效应(SHE)材料形成的电极的MTJ的层的叠置体120,其中SHE材料将电荷流Iw(或写入电流)转换成自旋电流Is。叠置体120形成具有SHE引入的写入机制和基于MTJ的读出的三端子存储器单元。叠置体120包括MTJ121、SHE互连或电极122、以及(多个)非磁性金属123a/b。在一个示例中,MTJ121包括具有隧穿电介质和另一个铁磁层的叠置铁磁层。沿着SHE互连122的水平方向的一端或两端由非磁性金属123a/b形成。材料的各种组合可以用于MTJ121的材料叠置。例如,材料的叠置体包括:CoxFeyBz、MgO、CoxFeyBz、Ru、CoxFeyBz、IrMn、Ru、Ta和Ru,其中‘x’、‘y’、和‘z’是合金中元素的分数。其它材料还可以用于形成MTJ121。MTJ121叠置体包括自由磁性层、MgO隧穿氧化物、被称为基于合成反铁磁体(SAF)的CoFe/Ru/CoFe层的组合的固定磁性层、以及反铁磁体(AFM)层。SAF层具有两个CoFe层中的磁化相反的属性,并且允许抵消自由磁性层周围的偶极场,使得杂散偶极场将不会控制自由磁性层。SHE互连122(或写入电极)由以下材料中的一种或多中制成:β-钽(β-Ta)、Ta、β-钨(β-W)、W、Pt、掺杂有诸如铱、铋的铜(Cu)、以及可以展现高自旋轨道耦合的在元素周期表中的3d、4d、5d和4f、5f周期族中的元素中的任何元素。SHE互连122转换成(多个)高导电性非磁性金属123a/b,以减小SHE互连122的电阻。(多个)非磁性金属123a/b由以下中的一种或多种形成:Cu、Co、α-Ta、Al、CuSi或NiSi。在一种情况下,固定磁性层的磁化方向相对于自由磁性层的磁化方向是垂直的(即,自由磁性层和固定磁性层的磁化方向不平行,而是正交的)。例如,自由磁性层的磁化方向是在平面内的,而固定磁性层的磁化方向垂直于平面内。在另一种情况下,固定磁性层的磁化方向是在平面内的,而自由磁性层的磁化方向垂直于平面内。铁磁层(即,固定磁性层或自由磁性层)的厚度可以确定其磁化方向。例如,当铁磁层的厚度在某个阈值(取决于磁体的材料,例如,对于CoFe而言约为1.5nm)以上时,则铁磁层呈现平面内的磁化方向。同样地,当铁磁层的厚度在某个阈值(取决于磁体的材料)以下时,则铁磁层呈现与磁性层的平面垂直的磁化方向。其它因素也可以确定磁化方向。例如,诸如表面各向异性(取决于邻近层或铁磁层的多层组成)和/或晶体各向异性(取决于应力和晶格结构改型,诸如FCC、BCC或L10型的晶体,其中L10是呈现垂直磁化的一种类型的晶体类别)之类的因素也可以确定磁化的方向。在该示例中,所施加的电流Iw通过SHE互连122被转换为自旋电流Is。该自旋电流切换了自由层的磁化方向,并且因此改变了MTJ121的电阻。然而,为了读出MTJ121的状态,需要感测机制来感测电阻变化。在图1A的情况下,该电阻变化可以显著地高于4k欧姆,因此更容易感测。通过经由SHE互连122施加电荷流来写入磁性单元。磁性写入(在自由磁性层中)的方向由所施加的电荷流的方向决定。正电流(即,沿+y方向流动的电流)产生了具有传输方向(沿着+z方向)的自旋注入电流,并且自旋指向+x方向。注入的自旋电流又产生了自旋力矩,以使(耦合到SHE材料的)自由磁体沿+x或-x方向对齐。在写入电极中由电荷流生成的注入自旋电流由下式给出:其中,自旋电流的矢量是具有沿着自旋方向和与自旋方向相反的方向自旋的电流之间的差,是垂直于界面的单位矢量,PSHE是自旋霍尔注入效率,其是横向自旋电流与侧向电荷流的幅度的比率,w是磁体的宽度,t是SHE互连122的厚度,λsf是SHE互连122中的自旋翻转长度,θSHE是SHE互连122到自由铁磁层界面的自旋霍尔角。负责自旋力矩的注入自旋角动量由以下给出:参考图1A-B所描述的自旋到电荷转换基于高度限制生成的信号强度的TMR。这样,基于TMR的自旋到电荷转换具有低效率(即,小于一)。一些实施例描述了用于将自旋电流转换成电荷流然后返回自旋电流的高效换能方法和相关装置。在一些实施例中,自旋轨道耦合(例如,自旋霍尔效应)用于从磁体状态到电流以及从电流到磁体状态两者的换能。自旋轨道耦合是用于从磁化方向到电流的换能并用于切换磁化的更有效的切换机制。在一些实施例中,经由非磁性互连的电荷流载携输入和输出磁体之间的信号而不是自旋极化电流。在一些实施例中,电荷流的符号由输入磁体中的磁化方向确定。在一些实施例中,经由金属界面中的自旋轨道相互作用(即,使用逆Rashba-Edelstein效应(IREE)和/或逆SHE(ISHE))实现自旋-电荷转换,其中从输入磁体注入的自旋电流产生了电荷流。表1总结了用于针对体材料和界面将自旋电流转换为电荷流并将电荷流转换为自旋电流的换能机制。表1:使用SOC进行自旋到电荷和电荷到自旋转换的换能机制电荷→自旋自旋→电荷体自旋霍尔效应逆自旋霍尔效应界面Rashba-Edelstein效应逆Rashba-Edelstein效应存在各种实施例的许多技术效果。例如,提供了可以用于传送不像自旋电流那样衰减的电荷的长距离互连。随后针对自旋逻辑的逻辑操作,该电荷再次被转换为自旋。这样,与基于自旋转移的电路相比,针对从输入磁体到输出磁体的信号传播观察到了更快的切换速度(例如,快五倍)和较低的切换能量(例如,低1000倍)。根据各种实施例其它技术效果将变得显而易见。在以下描述中,讨论了许多细节以提供对本公开内容的实施例的更全面的解释。然而,对于本领域的技术人员而言显而易见的是,可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开内容的实施例。在其它情况下,为了避免模糊本公开内容的实施例,以框图形式而不是详细地示出公知的结构和器件。注意,在实施例的相应的附图中,信号用线表示。一些线可能较粗,以指示较多成分的信号路径,和/或在一端或多端处具有箭头以指示主要信息流方向。这种指示并不旨在是限制性的。而是,这些线与一个或多个示例性实施例结合使用,以便于更容易理解电路或逻辑单元。如设计需求或偏好所指示的,任何表示的信号实际上可以包括可以在任一方向上行进的并且可以用任何适合类型的信号方案来实现的一个或多个信号。在整个说明书和权利要求书中,术语“连接”意指直接连接,诸如被连接的事物之间的电连接、机械连接或磁连接而没有任何中间器件。术语“耦合”意指直接或间接连接,诸如被连接的事物之间的直接电连接、机械连接或磁连接或者通过一个或多个无源或有源中间器件的间接连接。术语“电路”或“模块”可以指代被布置为彼此协作以提供期望的功能的一个或多个无源和/或有源部件。术语“信号”可以指代至少一个电流信号、电压信号、磁信号、或数据/时钟信号。“一”、“一个”和“该”的含义包括复数形式。“在…中”的含义包括“在…中”和“在…上”。术语“基本上”、“接近”、“近似”、“近似于”和“大约”通常指代在目标值的+/-10%内(除非特别指出)。除非另外指出,否则使用序数形容词“第一”、“第二”、和“第三”等来描述共同的对象,仅仅指示提及的相同对象的不同实例,而不旨在暗示如此描述的对象必须按照给定的顺序,无论是在时间上、空间上、在排序上或以任何其它方式。对于本公开内容来说,短语“A和/或B”和“A或B”意味着(A)、(B)或(A和B)。对于本公开内容来说,短语“A、B、和/或C”意味着(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)、或(A、B和C)。对于实施例来说,在此所描述的各种电路和逻辑块中的晶体管是金属氧化物半导体(MOS)晶体管或它们的衍生物,其中MOS晶体管包括漏极、源极、栅极和体端子。晶体管和/或MOS晶体管衍生物还包括三栅极晶体管和FinFET晶体管、环栅圆柱晶体管、隧穿FET(TFET)、方形引线、或矩形带状晶体管、铁电FET(FeFET)、或实现晶体管功能的其它器件(如碳纳米管或自旋电子器件)。MOSFET对称的源极和漏极端子,即,相同的端子,并且在此可互换使用。另一方面,TFET器件具有不对称的源极和漏极端子。本领域的技术人员将理解的是,在不脱离本公开内容的范围的情况下,可以使用其它晶体管(例如,双极结晶体管—BJTPNP/NPN、BiCMOS、CMOS、eFET等)。术语“MN”指示n型晶体管(例如,NMOS、NPNBJT等),术语“MP”指示p型晶体管(例如,PMOS、PNPBJT等)。图2示出了根据本公开内容的一些实施例的实现为中继器的自旋轨道耦合逻辑(SOCL)器件200。在一些实施例中,SOCL器件200包括具有耦合到第一磁体202的第一层201的第一端子(即,输入端子)、非磁性金属互连205(例如,Cu互连)、第二磁体203、以及呈现SOC效应或SHE的输出层204。在此,第一磁体202也被称为输入磁体,并且第二磁体203也被称为输出磁体。在此,第一层201(或输入层201)和输出层204也被称为输入和输出自旋霍尔电极或自旋轨道耦合电极。在一些实施例中,当时钟电压Vcl(例如,周期性输入电压)升高到晶体管阈值电压以上时,晶体管MN1被耦合到第一磁体202以向其提供驱动电流Idrive(或电荷流)。在一些实施例中,晶体管MN1在若干SOCL器件之间共享。在此,晶体管MN1的源极端子被耦合到第一磁体202,而MN1的漏极端子被耦合到电源节点Vdd。在一些实施例中,晶体管MN1可以被p型晶体管MP1替代,并且相关联的逻辑可以被相应地调整。在一些实施例中,当晶体管MN1导通时,Idrive被注入到第一磁体202中,其中它变成自旋极化电流Is。在一些实施例中,第一层201将自旋极化电流Is转换成相应的电荷流Ic,其符号由第一磁体202的磁化方向确定。在一些实施例中,第一层201包括呈现逆自旋轨道耦合(ISOC)(诸如逆SHE(ISHE)或逆Rashba-Edelstein效应(IREE)中的一个)的材料层。在一些实施例中,第一层201包括具有呈现IREE和ISHE效应的材料的层的叠置体。在一些实施例中,第一层201包括被耦合到FM1201的金属层,诸如铜(Cu)层、银(Ag)层或金(Au)层。在一些实施例中,金属层是非合金金属层。在一些实施例中,第一层201用作用于创建铁磁体的适当的模板。在一些实施例中,第一层201还包括(多个)表面合金的层,例如,耦合到金属层的Ag上的铋(Bi)。在一些实施例中,表面合金是模板金属层以提供用于形成铁磁体的模板。在一些实施例中,直接耦合到FM1202的金属层中的金属是掺杂了周期表的4d和/或5d族的其它元素的贵金属(例如,Ag、Cu或Au)。在一些实施例中,表面合金是以下中的一个:Bi-Ag、锑-铋(Sb-Bi)、Sb-Ag、铅-镍(Pb-Ni)、Bi-Au、Pb-Ag、Pb-Au、β-Ta;β-W;Pt;或Bi2Te3。在一些实施例中,表面合金中的金属中的一种是重金属合金或具有高SOC强度的材料的合金,其中SOC强度与金属的原子序数的四次方成正比。在此,第一层201的Ag和Bi的晶体具有晶格失配(即,Ag和Bi的相邻原子之间的距离不同)。在一些实施例中,表面合金形成为具有因晶格失配导致的表面波纹(即,Bi原子的位置通过改变平行于下面的金属的晶面的平面的距离而偏移)。在一些实施例中,表面合金是相对于晶面所限定的镜像反转不对称的结构。该反转不对称性和/或材料属性导致了表面附近的电子中的自旋轨道耦合(也被称为Rashba效应)。在一些实施例中,输入和/或输出磁体202和203(即,FM1和FM2)分别是自由磁体,其由CFGG(即,钴(Co)、铁(Fe)、锗(Ge)或镓(Ga)或它们的组合)制成。在一些实施例中,输入和/或输出磁体202和203分别是由Heusler合金制成的自由磁体。Heusler合金是基于Heusler相的铁磁金属合金。Heusler相是具有某些组分和面心立方晶体结构的金属间化合物。Heusler合金的铁磁属性是相邻磁性离子之间的双交换机制的结果。在一些实施例中,输入纳米磁体FM1202是与Ag晶格匹配的Heusler合金(即,Heusler合金被设计成具有与Ag的晶格常数接近(例如,3%以内)的晶格常数)。在一些实施例中,自旋极化的方向由输入磁体202的磁化方向确定。在一些实施例中,输入和/或输出磁体202和203(即,FM1和FM2)分别由Heusler合金、Co、Fe、Ni、Gd、B、Ge、Ga或它们的组合形成。在一些实施例中,形成输入和/或输出磁体202和203的Heusler合金分别是以下中的一个:Cu2MnAl、Cu2MnIn、Cu2MnSn、Ni2MnAl、Ni2MnIn、Ni2MnSn、Ni2MnSb、Ni2MnGa、Co2MnAl、Co2MnSi、Co2MnGa、Co2MnGe、Pd2MnAl、Pd2MnIn、Pd2MnSn、Pd2MnSb、Co2FeSi、Co2FeAl、Fe2VA1、Mn2VGa、Co2FeGe、MnGa或MnGaRu。在一些实施例中,当自旋电流Is流过具有高的SOC的在第一层201中的Bi和Ag之间的2D(二维)电子气体时,生成了电荷流Ic。在一些实施例中,第一层201的BiAg2/PbAg2的界面合金包括具有高的RashbaSOC的高密度2D电子气体。负责自旋-电荷转换的自旋轨道机制通过二维电子气体中的Rashba效应描述。在一些实施例中,在Bi和Ag之间形成2D电子气体,并且当电流流过2D电子气体时,它变成2D自旋气体,因为随着电荷的流动,电子被极化。与Rashba效应相对应的2D电子气体中的SOC电子的哈密顿能量HR表示为:其中,αR是Rashba系数,‘k’是电子的动量的算子,是与2D电子气体垂直的单位矢量,是电子的自旋的算子。具有平面内(在xy平面中)的极化方向的自旋极化电子经受取决于自旋方向的有效磁场,其被给出为:其中,μB是波尔磁子。这导致了互连中与自旋电流Is成比例的电荷流的生成。Ag/Bi界面处的自旋轨道交互(即,逆Rashba-Edelstein效应(IREE))在水平方向上产生电荷流Ic,其被表示为:其中,wm是磁体的宽度,并且λIREE是与αR成比例的IREE常数(具有长度单位)。IREE效应在10nm的磁体宽度处以现有的材料产生0.1左右的自旋电流-电荷流转换。根据一些实施例,对于缩放的纳米磁体(例如,5nm宽)和探索性SHE材料(诸如Bi2Se3),自旋-电荷转换效率可以在1到2.5之间。驱动电荷流Id到磁化相关的电荷流的净转换为:其中,P是自旋极子。然后电荷流Ic传播通过耦合到第一层201的非磁性互连205,并且因此该电荷流从(耦合到Vdd的)第一端子202流到(耦合到地的)第二端子203。在一些实施例中,电荷流Ic无损耗地传导通过非磁性互连205到另一个换能器(即,第二层204)。来自第二层204的直接SHE在磁体上产生力矩,其与自旋转移力矩相比每单位电荷更高效。正电荷流(即,沿+y方向流动的电流)产生了在第二层204中指向+x方向的自旋以及具有传输方向(沿+z方向)的自旋注入电流。注入的自旋电流又产生自旋力矩以使(耦合到SHE材料的)自由输出磁体203沿+x或-x方向对准。在一些实施例中,第二层204由呈现直接SHE的材料形成。在一些实施例中,第二层204由呈现SOC的材料形成。在一些实施例中,第二层204由与第一层202相同的材料形成。在一些实施例中,第二层204由与第一层202不同的材料形成。在一些实施例中,第二层204由以下中一个或多个形成:β-Ta、β-W、W、Pt、掺杂有铱的Cu、掺杂有铋的Cu、或掺杂有元素周期表的3d、4d、5d、4f或5f族的元素的Cu。在一些实施例中,SOCL器件200可操作用于用作中继器(即,缓冲器)。在一些实施例中,互连205中的注入电荷流Ic由第二层204通过SOC或SHE转换成FM2203中自旋电流,使得输出磁体203上的有效磁场使其磁化与202的磁化平行。这样,Ic的方向由输入磁体FM1202的磁化确定。图3示出了根据本公开内容的一些实施例的实现为逆变器的SOCL器件300。需要指出的是,图3中具有与任何其它附图中的元件相同的附图标记(或名称)的那些元件可以以类似于所描述的任何方式进行操作或作用,但是不限于此。为了不模糊实施例,描述了图3和图2之间的差异。在一些实施例中,SOCL器件300可操作用于用作逆变器。在该示例中,输入磁体202上方的第一端子被耦合到负电源(即,-Vdd<0),而磁体202下方的第二端子被耦合到地(即,0V)。在这种情况下,电荷流Ic的方向相对于在图2的情况下的电荷流Ic是反向的。再参考图3,注入到第二层204的电荷流经由SOC产生自旋电流,其又在输出磁体(即,第二磁体203)上产生大的有效磁场或自旋力矩以使其磁化与202的磁化相反。图2-3的SOCL器件相对于基于自旋转移的器件在能量延迟乘积(即,较低的能量和延迟)方面呈现了很大的改进。可以使用与纳米磁体动力学耦合的矢量自旋电路模型来模拟SOCL器件200/300的瞬态自旋动力学和传输。这样,对SOCL器件200/300的操作可以使用多物理量模拟来验证,该多物理量模拟将纳米磁体处理为单个磁矩并使用自旋电路理论来计算标量电压和矢量自旋电压。纳米磁体的动力学可以由Landau-Lifshitz-Gilbert(LLG)方程进行描述:在此,和是垂直于进入两个自由纳米磁体(分别是第一自由磁体层202和第二自由磁体层203)的自旋极化电流的磁化的投影。这些投影导自自旋电路分析。由形状和材料各向异性产生的有效磁场以及Gilbert阻尼常数“α”是磁体的属性。自旋电流从用于磁性叠置体的矢量传输模型获得。在此,m1和m2分别是第一自由磁体层202和第二自由磁体层203的磁化矢量,Ns分别是第一自由磁体层202和第二自由磁体层203中的每一个中的自旋的数量。在一些实施例中,自旋等效电路包括由现有的磁体的传导主导的张量自旋传导矩阵,在一个实施例中,使用自相容随机求解器来解释磁体的热噪声。图4示出了根据本公开内容的一些实施例的SOCL器件200的横截面400。需要指出的是,图4中具有与任何其它附图中的元件相同的附图标记(或名称)的那些元件可以以类似于所描述的任何方式进行操作或作用,但是不限于此。在一些实施例中,SOCL器件200的横截面400包括分别在第一和第二磁体202/203之间的氧化物403、第一磁体202、第二磁体203、非磁性材料的第一界面401(也称为模板)、分别在第一和第二磁体202/203上方的第二界面402a/b、非磁性互连205、在非磁性互连205上方的化物层403、过孔404和第二金属层405(例如,接地层)。在此,界面层204a和204b可以统称为界面层204。第一和第二磁体203a/b也被称为第一和第二磁体接触部。第一磁体202也被称为输入磁体,而第二磁体203也被称为输出磁体。提供这些标签是为了描述各种实施例,但不改变SOCL器件200的结构。在一些实施例中,用于形成金属层405、过孔404和非磁性互连205的(多个)材料是相同的。例如,铜(Cu)可以用于形成金属层405、过孔404、和非磁性互连205。在其它实施例中,用于形成金属层405、过孔404、和非磁性互连205的材料是不同的。例如,金属层405可以由Cu形成,而过孔404可以由钨(W)形成。可以使用任何适合的金属或金属的组合来形成金属层405、过孔404、和非磁性互连205。在一些实施例中,在磁体(即,分别为第一磁体202和第二磁体203)之间形成设计的界面(即,分别为第一和第二界面402a/b和401)。在一些实施例中,第一和第二界面402a/b和401分别由(多个)非磁性材料形成,使得界面层和磁体一起具有足够匹配的原子晶体层。例如,非磁性材料具有通过旋转或混合元素而匹配的晶体周期性。在此,足够匹配的原子晶体层是指在阈值水平内晶格常数‘a’的匹配,其中,超过该阈值水平则原子呈现对器件有害的位错(即,在电子穿过界面层时,位错的数目和特征导致了自旋翻转的显著的概率(例如,大于10%))。例如,阈值水平在5%以内(即,在晶格常数的相对差的0%至5%范围内的阈值水平)。随着匹配改进(即,匹配更接近完美匹配),从第一磁体202到第一层201的自旋转移的自旋注入效率增加了。差的匹配(即,匹配低于5%)意味着原子的位错,这对器件是有害的。在一些实施例中,用于模板402a/b和401的非磁性材料是具有晶格常数a=4.05A的Ag,其与Heusler合金CFA(即,Co2FeAl)和CFGG(即,其中a=5.737A的Co2FeGeGa)匹配,尽管晶轴的方向转过45度。然后晶格常数的投影表示为:这样,磁性结构叠置体(例如,203和402a的叠置体)允许输入磁体202界面与第一层201的界面匹配以及输出磁体204界面与第二层204的界面匹配。在一些实施例中,叠置体还允许对输入磁体202和输出磁体203的底部表面的模板化。在一些实施例中,界面层401(例如,Ag)提供与磁体202和203的电接触。这样,模板被提供有右晶体取向以催化Heusler合金的形成(其形成输入磁体203)。在一些实施例中,SOC逻辑的方向性可以通过SOCL器件200中的几何不对称来设定。在基于Heusler合金的磁体203/204与第一/第二层201/204之间的设计的界面层402a/b(例如,Ag)的一个技术效果在于,其提供了较高的机械屏障以阻止或抑制磁性物种与第一和第二层201/204的相互扩散。在一些实施例中,(多个)设计的界面层204分别在第一和第二层201/204和磁体202/203之间的界面处保持高自旋注入。这样,根据一些实施例,(多个)设计的界面层204改善了自旋器件200的性能。在一些实施例中,氧化物层403被沉积在非磁性互连205和第一/第二层201/204上方,然后为过孔404蚀刻过孔的孔。在一些实施例中,过孔404将第一层201耦合到在氧化物层403上方形成的接地层405。在一些实施例中,第一和第二磁体202/203和匹配层的制造是通过使用原位处理流程来进行的。在此,原位处理流程是指不破坏真空的制造处理流程。这样,避免界面401和402a/b上的氧化,从而在界面401和402a/b处形成光滑表面。在一些实施例中,制造SOCL器件200的过程允许模板化用于适合的晶体结构的磁体202/203(例如,基于Heusler合金的磁体)。图5示出了根据本公开内容的一些其它实施例的具有与另一个器件耦合的导体的SOCL器件500。要指出的是,图5中具有与任何其它图的元件相同的附图标记(或名称)的那些元件可以以类似于所描述的任何方式进行操作或作用,但是不限于此。参考图2描述了图5。为了不模糊实施例,描述了图2和图5之间的差异。在一些实施例中,ISOC层501被耦合到FM2203的另一端,而SOC层204被耦合到FM2203的一端。在一些实施例中,ISOC层501由与ISOC层201相同的材料形成。在一些实施例中,ISOC层501被耦合到地。在一些实施例中,非磁性导体505b被耦合到ISOC层501。在一些实施例中,非磁性导体505b平行于非磁性导体205。在一些实施例中,非磁性导体505b由Cu形成。在其它实施例中,可以使用其它类型的非磁性导体。例如,可以使用A1代替Cu。在一些实施例中,晶体管MN2被耦合到FM2203,使得与耦合到SOC层204的FM2203的另一端相比,其源极端子被耦合到较靠近的ISOC层501的一端。在一些实施例中,晶体管MN2由另一个时钟电压V’cl(例如,与时钟电压Vcl相反的周期性输入电压)控制。在一些实施例中,SOC层504被耦合到FM1202的另一端,而ISOC层201被耦合到FM1202的一端。在一些实施例中,SOC层504由与SOC层204相同的材料形成。在一些实施例中,SOC层504被耦合到地。在一些实施例中,非磁性导体505a被耦合到SOC层504。在一些实施例中,非磁性导体505a被定位平行于非磁性导体205。在一些实施例中,非磁性导体505a由Cu形成。在其它实施例中,可以使用其它类型的非磁性导体。在一些实施例中,晶体管MN1被耦合到FM1202,使得与耦合到SOC层504的FM1202的另一端相比,其源极耦合到较靠近的ISOC层201的一端。将晶体管MN1和MN2的源极端子耦合到相应FM层的位置以及SOC层504、ISOC501、ISOC201和SOC204上的接地端子的位置影响了自旋电流的传导。例如,通过将晶体管MN1和MN2的源极端子耦合到相应的FM层以及接地端子在边缘附近的位置(如图所示),自旋电流适当地流过FM层。在一些实施例中,(参考各个图所描述的)晶体管MN1和/或MN2可以用(多个)p型晶体管替代,并且相关联的逻辑可以被相应地调整。在一些实施例中,SOCL器件500可操作用于通过导体505a和505b与其它SOCL器件(未示出)进行耦合。在一些实施例中,导体505a上的电荷流通过SOC层504被转换成自旋电流,然后该自旋电流被ISOC层201转换成电荷流以便在导体205上传输。在一些实施例中,SOC层204将来自导体205的电荷流转换为自旋电流。该自旋电流流过FM2203到FM2203的另一端。然后,根据一些实施例,自旋电流被ISOC501转换成电荷流。电荷流然后经由导体505b被载携至另一个器件。根据一些实施例,将ISOC层201和SOC层504耦合到FM1202以使得ISOC层201和SOC层504彼此分离的一个原因是为了提供电流/电荷的单向流动。电流/电荷的单向流动确保了没有电流以反向方向流动,从而切换电流路径中的先前的磁体(未示出)。例如,通过相对于FM1202的另一端处的电阻来调整FM1202的一端处的电阻,管理电流流动路径。在该示例中,通过沿着FM1202的端部将SOC505侧定位到ISOC201,从SOC505侧向ISOC201侧提供电阻率差。相同的原理可以适用于ISOC201和SOC204以控制电流的流动。例如,从ISOC201向SOC204侧提供电阻率差,以提供电流/电荷流动的单向路径。同样的原理也可以扩展到ISOC501和SOC204,以控制电流的流动。在一些实施例中,FM层202/203具有比非磁性沟道的电阻更高的电阻(例如,比沟道高100倍的电阻),并且该电阻差提供了单向电流/电荷路径。图6A-B示出了根据本公开内容的一些实施例的具有FM绝缘体(IFM)以及具有与另一个器件耦合的导体的SOCL器件600及620。需要指出的是,图6A-B中具有与任何其它图的元件相同的附图标记(或名称)的那些元件可以以与所描述的类似的任何方式进行操作或作用,但不限于此。为了不模糊实施例,描述了图6A-B、图2和图5之间的差异。SOCL器件600类似于SOCL器件500,除了绝缘铁磁体IFM601被耦合到SOC层504而不是FM1202,以及绝缘FMIFM602被耦合到SOC层204而不是FM2203之外。在此,根据一些实施例,IFM601与FM1202串联耦合。类似地,根据一些实施例,IFM602与FM2203串联耦合。在一些实施例中,IFM601/602分别通过对铁磁体FM1202和FM2203的受控的氧化、植入或化学处理形成。在一些实施例中,IFM601/602通过快速退火以局部地达到400℃至800℃的石榴石退火温度而形成。在一些实施例中,磁性绝缘体IFM601/602是以下中的一个:钇铁石榴石Y3Fe5O12、钆铁石榴石Gd3Ga5O12、铽铁石榴石Tb3Fe5O12、PbFe12O19或BaFe12O19。在一些实施例中,参考图5所讨论的电阻率差通过磁性绝缘体IFM601/602来实现。例如,IFM601在ISOC201和SOC504附近的接合磁体的端部之间引起电阻率差。这样,控制了电流方向。在此,接合磁体指代由FM绝缘体与FM层的串联组合形成的磁体层。例如,耦合到SOC504和ISOC201的接合磁体由IFM601和FM1202的串联组合形成。同样地,IFM602在ISOC501和SOC204附近的接合磁体(即,IFM602和FM2203的串联组合)的端部之间引起电阻率差。这样,控制了电流方向。参考图6B,根据一些实施例,SOCL器件620类似于SOCL器件600,除了第一接合磁体由FM622a、IFM621a和FM622b形成以及第二接合磁体由FM623a、IFM621b和FM623b形成之外。在一些实施例中,FM622a被耦合到ISOC201,并且FM622b被耦合到SOC504,而IFM621a夹在FM622a和FM622b之间。在一些实施例中,FM623a被耦合到SOC204,并且FM623b被耦合到ISOC501,而IFM621b夹在FM623a和FM623b之间。在一些实施例中,参考图5所讨论的电阻率差通过绝缘铁磁体IFM621a/621b来实现。例如,IFM621a在ISOC201和SOC504附近的第一接合磁体(其中,第一接合磁体由FM622a、FM1621a和FM622b的串联组合形成)的端部之间引起电阻率差。这样,控制了通过第一接合磁体的电流方向。同样地,IFM621b在ISOC501和SOC204附近的第二接合磁体(即,FM623a、FM1621b和FM623b)的端部之间引起电阻率差。这样,控制了通过第二接合磁体的电流方向。在一些实施例中,通过对铁磁体FM1202和FM2203的受控氧化、植入或化学处理来形成IFM621a/621b。在一些实施例中,通过快速退火以局部地达到400℃到800℃的石榴石退火温度而形成IFM621a/621b。在一些实施例中,磁性绝缘体IFM62la/62lb是以下中的一个:钇铁石榴石Y3Fe5O12、钆铁石榴石Gd3Ga5O12、铽铁石榴石Tb3Fe5O12、PbFe12O19或BaFe12O19。在一些实施例中,用于控制电流的非磁性导体和铁磁体之间的这种电阻差可以来自将绝缘磁体放置为绝缘磁体的单独部分(例如,通过将IFM层放置在FM1202上方)。在一些实施例中,用于控制电流的非磁性导体和铁磁体之间的这种电阻差可以来自将绝缘磁体放置为与SOC/ISOC接触的磁体的部分(诸如参考图6A所描述的),或者通过将绝缘磁体放置在磁体的中间(诸如参考图6B所描述的)。图7A-B示出了根据本公开内容的一些实施例的多数门SOCL700和720。需要指出的是,图7A-B中具有与任何其它附图中的元件相同的附图标记(或名称)的那些元件可以以类似于所描述的任何方式进行操作或作用,但是不限于此。为了不模糊实施例,描述了图7A-B和图2和图5之间的差异。图7A示出了根据一些实施例的多数门SOCL700,其根据被注入到导体505a中的多数电荷流的方向来确定输入非磁性导体505a上的磁化的方向。取决于在多个导体705a/b/c上的多数电荷流的方向,在导体505a中形成最终电荷流,其方向为多数电荷流的方向。导体505a上的最终电荷流确定了导体205上的电荷流。例如,取决于Ic1、Ic2和Ic3的方向,确定了Iout的方向。图7A显示了根据一些实施例的多数门SOCL720,其根据被注入到导体725a1、725a2和725a3中的多数电荷流Ic1、Ic2和Ic3的方向来确定非磁性导体205上的电荷流Iout的方向。在一些实施例中,非磁性导体725a1上的电荷流Ic1通过SOC724a1转换为自旋电流。根据一些实施例,该自旋电流经由FM722al到达FM1202。在一些实施例中,非磁性导体725a2上的电荷流Ic2通过SOC724a2转换为自旋电流。根据一些实施例,该自旋电流经由FM722a2到达FM1202。在一些实施例中,非磁性导体725a3上的电荷流Ic3通过SOC724a3转换为自旋电流。根据一些实施例,该自旋电流经由FM722a3到达FM1202。FM1202上的自旋电流的电流方向由来自FM722a1、722a2和722a3的多数电流确定。因此,根据一些实施例,最终电流被提供给非磁性导体205。在一些实施例中,用于FM722a1、722a2、和722a3的材料与用于FM1202的材料相同。尽管图7A-B的实施例参考未接合FM1202进行了描述,但是当FM1202被具有参考图6A-B所描述的绝缘铁磁体的接合磁体替代时,多数门功能也适用。图8示出了根据本公开内容的一些实施例的用于使用SOCL进行自旋电荷转换然后返回自旋电流的方法的流程图800。需要指出的是,图8中具有与任何其它附图中的元件相同的附图标记(或名称)的那些元件可以以类似于所描述的任何方式进行操作或作用,但是不限于此。虽然参考图8的流程图中的块以特定顺序显示,但是可以修改动作的顺序。因此,所示的实施例可以以不同顺序执行,并且一些动作/块可以并行执行。根据某些实施例,图8中列出的块和/或操作中的一些是可选的。呈现块的编号是为了清楚起见,并不旨在规定各个块必须按照其出现的操作顺序。另外,来自各种流程的操作可以以各种组合来使用。尽管参考图2描述了流程图800,但是本方法的精髓在于适用于SOCL器件的其它实施例,诸如参考图3、图5和图6A-B描述的那些实施例。返回参考图8,在块801处,提供第一电荷流Ic作为到输入铁磁体202的输入。例如,如参考图2所描述的,Idrive电荷流由输入铁磁体202接收。返回参考图8,在块802处,通过第一层201所提供的IREE或ISHE效应,从电荷流Ic生成自旋电流Is。在框803处,在自旋电流传播通过第一层201时自旋电流Is被转换为电荷流(即,第二电荷流)。在一些实施例中,第二电荷流的方向取决于耦合到第一层201的输入磁体202的磁化方向。然后可以使用非磁性互连205(例如,Cu)在较长的距离(与自旋电流相比)上传输该电荷流。在块804处,第二电荷流由第二层204接收,其通过第二层204所提供的直接SOC/SHC效应将第二电荷流转换成第二自旋电流。正电荷流(即,在+y方向上流动的电流)产生具有传输方向(沿着+z方向)的自旋注入电流,以及在第二层804中指向+x方向的自旋。所注入的自旋电流又产生自旋力矩,以沿+x或-x方向对准(耦合到SHE材料的)自由输出磁体203。图9示出了根据本公开内容的一些实施例的用于制造SOCL器件400的方法的流程图900。需要指出的是,图9中具有与任何其它附图中的元件相同的附图标记(或名称)的那些元件可以以类似于所描述的任何方式进行操作或作用,但是不限于此。虽然参考图9的流程图中的块以特定顺序显示,但是可以修改动作的顺序。因此,所示的实施例可以以不同顺序执行,并且一些动作/块可以并行执行。根据某些实施例,图9中列出的块和/或操作中的一些是可选的。呈现块的编号是为了清楚起见,并不旨在规定各个块必须按照其出现的操作顺序。另外,来自各种流程的操作可以以各种组合来使用。在块901处,沉积了第一界面层401。在一些实施例中,第一界面层401由非磁性材料(例如,Ag)形成。在块902处,(在被蚀刻以形成输入和输出磁体202/203之前)在第一界面层401上方沉积磁体层。在块903处,(在被蚀刻以形成第一和第二界面层402a/b之前)在磁体层上方沉积第二界面层402,使得磁体层夹在第一界面层401和第二界面层402之间。在一些实施例中,第一界面层401和第二界面层402分别由非磁性材料形成,使得界面层和磁体层一起具有足够匹配的原子晶体层。在一些实施例中,块901、902和903的过程在原位执行(即,制造过程不破坏真空)。由此避免了磁层(其随后形成202和203)和402a/b和层401的界面之间的氧化(即,实现了光滑的界面表面)。根据一些实施例,光滑的界面表面允许更高的自旋注入效率。在一些实施例中,磁体层被图案化以形成第一磁体202和第二磁体203。该过程破坏了真空。例如,在第二界面层402上方沉积光致抗蚀剂材料,然后该光致抗蚀剂材料被蚀刻以形成图案化的光致抗蚀剂层,其中图案指示第一磁体202和第二磁体203的未来位置。在块904处,第二界面层402和磁体层使用图案化的光致抗蚀剂选择性地蚀刻以形成第二界面层203的第一和第二部分402a/b。这样,也形成第一磁体202和第二磁体203。在一些实施例中,蚀刻在第一界面层401上方停止。然后去除光致抗蚀剂材料。在块905处,执行公知的光刻步骤以形成互连205(例如,金属层)、呈现IREE/ISHE的材料201、和呈现SOC/SHE的材料204,使得在呈现IREE/ISHE的材料201和呈现SOC/SHE的材料201之间存在由绝缘体(例如,氧化物403)填充的间隙。在一些实施例中,该方法还包括用绝缘体(例如,氧化物403)填充蚀刻的部分。在一些实施例中,蚀刻氧化物403以形成过孔的孔,然后用金属进行填充以形成过孔404,使得其在过孔404的一端处耦合呈现IREE/ISHE的材料201。在一些实施例中,在氧化物403上方沉积金属层404以与过孔404的另一端接触。在一些实施例中,第二金属层201b被耦合到接地电源。图10例示了根据一些实施例的具有SOCL器件的智能设备或计算机系统或SoC(片上系统)。应当指出,图11中具有与任何其它附图的元件相同的附图标记(或名称)的那些元件可以以与所描述的方式类似的任何方式操作或作用,但不限于此。图10例示了移动设备的实施例的框图,在该移动设备中可以使用平面接口连接器。在一个实施例中,计算设备1600表示移动计算设备,例如计算平板、移动电话或智能电话、具有无线功能的电子阅读器、或其它无线移动设备。会理解,大致示出了某些部件,而不是在计算设备1600中示出这个设备的全部部件。在一些实施例中,根据一些所述实施例,计算设备1600包括具有SOCL器件的第一处理器1610。根据一些实施例,计算设备1600的其它块也可以包括SOCL器件。本公开内容的各个实施例还可以包括在1670内的网络接口,例如无线接口,以使得系统实施例可以包含在无线设备中,例如蜂窝电话或个人数字助理。在一些实施例中,处理器1610(和/或处理器1690)可以包括一个或多个物理设备,例如微处理器、应用处理器、微控制器、可编程逻辑器件或其它处理模块。由处理器1610执行的处理操作包括在其上执行应用和/或设备功能的操作平台或操作系统的执行。处理操作包括与和用户的或和其它设备的I/O(输入/输出)有关的操作、与电源管理有关的操作、和/或与将计算设备1600连接到另一个设备有关的操作。处理操作还可以包括与音频I/O和/或显示器I/O有关的操作。在一些实施例中,计算设备1600包括音频子系统1620,其表示与向计算设备提供音频功能相关联的硬件(例如,音频硬件和音频电路)和软件(例如,驱动器、编码解码器)部件。音频功能可以包括扬声器和/或耳机输出、以及麦克风输入。用于这种功能的设备可以集成到设备1600中,或者连接到计算设备1600。在一个实施例中,用户通过提供由处理器1610接收并处理的音频命令来与计算设备1600交互。在一些实施例中,计算设备1600包括显示子系统1630。显示子系统1630表示硬件(例如,显示设备)和软件(例如,驱动器)部件,其为用户提供视觉和/或触觉显示以便与计算设备1600交互。显示子系统1630包括显示界面1632,其包括特定屏幕或硬件设备,用于向用户提供显示。在一个实施例中,显示界面1632包括与处理器1610分离的逻辑单元,用以执行与显示有关的至少一些处理。在一个实施例中,显示子系统1630包括触摸屏(或触控板)设备,其提供到用户的输出和输入。在一些实施例中,计算设备1600包括I/O控制器1640。I/O控制器1640表示与和用户的交互有关的硬件设备和软件部件。I/O控制器1640可操作用于管理作为音频子系统1620和/或显示子系统1630的部分的硬件。另外,I/O控制器1640例示了用于连接到设备1600的附加设备的连接点,用户可以通过它与系统交互。例如,可以附接到计算设备1600的设备可以包括麦克风设备、扬声器或立体声系统、视频系统或其它显示设备、键盘或辅助键盘设备、或者与诸如读卡器或其它设备之类的特定应用一起使用的其它I/O设备。如上所述,I/O控制器1640可以与音频子系统1620和/或显示子系统1630交互。例如,通过麦克风或其它音频设备的输入可以提供输入或命令,用于计算设备1600的一个或多个应用或功能。另外,代替显示输出或除了显示输出之外,可以提供音频输出。在另一个示例中,如果显示子系统1630包括触摸屏,显示设备还充当输入设备,其可以至少部分地由I/O控制器1640管理。计算设备1600上也可以有另外的按钮或开关,以提供由I/O控制器1640管理的I/O功能。在一些实施例中,I/O控制器1640管理设备,例如加速度计、相机、光传感器或其它环境传感器、或者可以包括在计算设备1600中的其它硬件。输入可以是直接用户交互的部分,以及向系统提供环境输入,以影响其操作(例如,滤除噪声、针对亮度检测调整显示、为相机应用闪光灯、或其它特征)。在一些实施例中,计算设备1600包括电源管理1650,其管理电池电力使用、电池的充电、以及与省电操作有关的特征。存储器子系统1660包括存储器设备,其用于在计算设备1600中储存信息。存储器可以包括非易失性(如果到存储器设备的电力中断,状态不改变)和/或易失性(如果到存储器设备的电力中断,状态不确定)存储器设备。存储器子系统1660可以储存应用数据、用户数据、音乐、照片、文档、或其它数据、以及与计算设备1600的应用和功能的执行有关的系统数据(长期的或暂时的)。实施例的元件也可以被提供为用于储存计算机可执行指令(例如,用以实施本文所述的任何其它处理的指令)的机器可读介质(例如,存储器1660)。机器可读介质(例如,存储器1660)可以包括但不限于,闪存、光盘、CD-ROM、DVDROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、相变存储器(PCM)、或者适合于储存电子或计算机可执行指令的其它类型的机器可读介质。例如,本公开内容的实施例可以作为计算机程序(例如,BIOS)下载,其可以以数据信号的方式经由通信链路(例如,调制解调器或网络连接)从远程计算机(例如,服务器)传送到请求计算机(例如,客户机)。在一些实施例中,计算设备1600包括连接1670。连接1670包括硬件设备(例如,无线和/或有线连接器和通信硬件)和软件部件(例如,驱动器、协议栈),以使得计算设备1600能够与外部设备进行通信。计算设备1600可以是单独的设备,例如其它计算设备、无线接入点或基站,以及外围设备,例如耳机、打印机或其它设备。连接1670可以包括多个不同类型的连接。概括而言,计算设备1600被例示为具有蜂窝连接1672和无线连接1674。蜂窝连接1672通常指代由无线载波提供的蜂窝网络连接,例如经由以下各项提供:GSM(全球移动通信系统)或其变型或其派生物、CDMA(码分多址)或其变型或其派生物、TDM(时分复用)或其变型或其派生物、或者其它蜂窝服务标准。无线连接(或无线接口)1674指代不是蜂窝的无线连接,并且可以包括个域网(例如,蓝牙、近场等)、局域网(例如,Wi-Fi)和/或广域网(例,如WiMax)或其它无线通信。在一些实施例中,计算设备1600包括外围连接1680。外围连接1680包括硬件接口和连接器、以及软件部件(例如,驱动器、协议栈),用以进行外围连接。会理解,计算设备1600可以是到其它计算设备的外围设备(“至”1682)、以及具有连接到它的外围设备(“自”1684)。计算设备1600通常具有“对接”连接器,用以连接到其它计算设备,用于例如管理(例如,下载和/或上载、改变、同步)计算设备1600上的内容的目的。另外,对接连接器可以允许计算设备1600连接到某些外围设备,其允许计算设备1600控制例如被输出到视听或其它系统的内容。除了专用对接连接器或其它专用连接硬件以外,计算设备1600可以经由常见或基于标准的连接器进行外围连接1680。常见类型可以包括通用串行总线(USB)连接器(其可以包括多个不同硬件接口中的任何硬件接口)、包括微型显示端口(MDP)的显示端口、高清晰度多媒体接口(HDMI)、火线或其它类型。在说明书中对“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、或“其它实施例”的引用表示结合该实施例所描述的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中,而不一定包括在全部实施例中。“实施例”、“一个实施例”或“一些实施例”的多处出现不一定全都指代同一实施例。如果说明书陈述部件、特征、结构或特性“可以”、“可能”或“能够”被包括,则该特定部件、特征、结构或特性不是必需被包括。如果说明书或权利要求书提及“一”元件,这并非表示仅有一个元件。如果说明书或权利要求书提及“附加”元件,那么这并不排除存在多于一个附加元件。此外,特定特征、结构、功能或特性可以以任何合适的方式结合到一个或多个实施例中。例如,第一实施例可以与第二实施例结合,只要与这两个实施例相关联的特定特征、结构、功能或特性不互相排斥。尽管结合本公开内容的特定实施例描述了本公开内容,但按照前述内容,对于本领域普通技术人员而言,这些实施例的许多替换、修改和变型将是显而易见的。本公开内容的实施例旨在包含落入所附权利要求书的宽泛范围内的所有这些替代、修改和变型。另外,为了图示或讨论的简单,并且为了不使本公开内容难以理解,在所呈现的附图中可以显示或可以不显示至集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外,为了避免使本公开内容难以理解,并且还鉴于关于这些框图布置的实施方式的细节高度依赖于实施本公开内容的平台的事实(即,这些细节应该完全在本领域技术人员的见识内),可以用框图的形式显示布置。在阐明了具体细节(例如,电路)以描述本公开内容的示例性实施例的情况下,对于本领域技术人员而言显而易见的是,可以在没有这些具体细节或者在具有这些具体细节的变型的情况下实践本公开内容。因此,说明书被认为是说明性而非限制性的。以下示例涉及其它实施例。示例中的细节可以在一个或多个实施例中的任意处使用。也可以相对于方法或过程实施本文所述装置的所有可选的特征。例如,提供了一种装置,其包括:第一铁磁体(FM);非磁性互连;耦合到第一FM的模板金属层;金属层,其耦合到所述模板金属层并且耦合到所述非磁性互连的第一端;以及耦合到非磁性互连的第二端的第一自旋轨道耦合(SOC)层。在一些实施例中,所述第一SOC层由以下材料中的一种或多种形成:β-Ta、β-W、W、Pt、掺杂有铱的Cu、掺杂有铋的Cu、或掺杂有周期表的3d族、4d族、5d族、4f族或5f族元素的Cu。在一些实施例中,所述模板金属层是以下中的至少一种:Ag、Cu或Au。在一些实施例中,所述金属层是以下中的至少一种:Bi和Ag;Bi和Au;Bi和Cu;Pb和Ag;Pb和Au;β-Ta;β-W,Pt;或Bi2Te3。在一些实施例中,所述装置包括耦合到所述SOC层的第二FM。在一些实施例中,所述第一FM和所述第二FM由以下中的一种形成:Heusler合金、Co、Fe、Ni、Gd、B、Ge、Ga、或其组合。在一些实施例中,所述非磁性互连由Cu形成。在一些实施例中,所述第一FM耦合到绝缘铁磁体(IFM)。在一些实施例中,所述IFM耦合到第二SOC,其中,所述第二SOC层还耦合到非磁性导体。在一些实施例中,所述IFM由以下中的一种形成:钇铁石榴石Y3Fe5O12、钆铁石榴石Gd3Ga5O12、铽铁石榴石Tb3Fe5O12、PbFe12O19或BaFe12O19。在一些实施例中,所述第二SOC层由以下中的一种或多种形成:β-Ta、β-W、W、Pt、掺杂有铱的Cu、掺杂有铋的Cu、或掺杂有周期表的3d族、4d族、5d族、4f族或5f族中的元素的Cu。在一些实施例中,所述非磁性导体耦合到至少三个其它非磁性导体,使得所述装置能够操作用于执行多数门功能。在一些实施例中,该装置包括:第一铁磁体(FM);耦合在所述第一FM的一端处的第一自旋轨道耦合(SOC)层;耦合到所述第一SOC层的第一非磁性互连;耦合到所述第一FM的另一端的第一逆SOC(ISOC)层;耦合到ISOC层的第二非磁性互连;耦合到所述第二非磁性互连的第二SOC层;具有耦合到所述第二SOC层的一端的第二磁体;耦合到第二磁体的另一端的第二ISOC层;以及耦合到第二磁体的第三非磁性互连。在一些实施例中,所述第一ISOC层由以下形成:耦合到第一FM的模板金属层;以及金属层,其耦合到所述模板金属层并且耦合到第二非磁性互连的第一端。在一些实施例中,所述模板金属层是以下中的至少一种:Ag、Cu或Au。在一些实施例中,所述金属层是以下中的至少一种:Bi和Ag;Bi和Au;Bi和Cu;Pb和Ag;Pb和Au;β-Ta;β-W,Pt;或Bi2Te3。在一些实施例中,所述第一SOC层和所述第二SOC层由以下中的一种或多种形成:β-Ta、β-W、W、Pt、掺杂有铱的Cu、掺杂有铋的Cu、或掺杂有周期表的3d族、4d族、5d族、4f族或5f族中的元素的Cu。在一些实施例中,所述第一非磁性互连、第二非磁性互连、和第三非磁性互连由Cu形成。在一些实施例中,所述第一FM和第二FM由以下中的一种形成:Heusler合金、Co、Fe、Ni、Gd、B、Ge、Ga、或其组合。在另一个示例中,提供了一种系统,其包括:存储器;耦合到所述存储器的处理器,所述处理器具有根据前述装置的装置;以及用于允许处理器与另一设备进行通信的无线接口。在另一个示例中,提供了一种装置,其包括:输入铁磁体,其用于接收第一电荷流并产生第一自旋电流;第一层,其被配置为经由自旋轨道耦合(SOC)将所述第一自旋电流转换为第二电荷流,其中,所述第一层的至少一部分被耦合到所述输入铁磁体;以及第二层,其被配置为经由自旋轨道耦合(SOC)将所述第二电荷流转换为第二自旋电流。在一些实施例中,该装置包括:耦合到第二层的输出铁磁体,输出铁磁体用于接收所述第二自旋电流。在一些实施例中,该装置包括:非磁性互连,其在一端处耦合到第一层的至少一部分,其中,所述非磁性互连在另一端处耦合到第二层。在一些实施例中,所述第一层包括以下的叠置体:耦合到输入铁磁体的模板金属层;以及耦合到所述模板金属层和所述非磁性互连的金属层。在一些实施例中,所述模板金属层由以下中的至少一种形成:Ag、Cu或Au。在一些实施例中,所述金属层由以下中的至少一种形成:Bi和Ag;Bi和Au;Bi和Cu;Pb和Ag;Pb和Au;β-Ta;β-W,Pt;或Bi2Te3。在一些实施例中,第二层是以下中的一种或多种:β-Ta、β-W、W、Pt、掺杂有铱的Cu、掺杂有铋的Cu、或掺杂有周期表的3d族、4d族、5d族、4f族或5f族中的元素的Cu。在一些实施例中,所述第一层能够操作用于提供用于自旋-电荷转换的逆Rashba-Edelstein(IREE)。在一些实施例中,第一层能够操作用于提供用于自旋-电荷转换的逆自旋霍尔效应(ISHE)。在一些实施例中,所述第二电荷流的符号或方向根据输入铁磁体的磁化方向。在一些实施例中,输入铁磁体和输出铁磁体由以下中的一种形成:Heusler合金、Co、Fe、Ni、Gd、B、Ge、Ga、或其组合。在一些实施例中,输入铁磁体耦合到绝缘铁磁体(IFM)。在一些实施例中,IFM耦合到提供SOC的第三层,其中,所述第三层还耦合到非磁性导体。在一些实施例中,非磁性导体耦合到至少三个其它非磁性导体,使得该装置能够操作用于执行多数门功能。在另一个示例中,提供了一种系统,其包括:存储器;耦合到所述存储器的处理器,所述处理器具有根据前述装置的装置;以及用于允许处理器与另一设备进行通信的无线接口。在另一个示例中,提供了一种方法,包括:接收第一电荷流并产生对应的第一自旋电流;通过自旋轨道耦合(SOC)将所述第一自旋电流转换为第二电荷流;通过SOC将所述第二电荷流转换为第二自旋电流;以及接收所述第二自旋电流。在一些实施例中,所述第一电荷流由输入铁磁体接收,其中,所述第一自旋电流通过第一层被转换为所述第二电荷流,其中,所述第一层的至少一部分耦合到所述输入铁磁体;其中,所述第二电荷流通过第二层被转换为所述第二自旋电流,并且其中,所述第二自旋电流由耦合到所述第二层的输出铁磁体接收。在一些实施例中,所述第一层包括以下的叠置体:耦合到输入铁磁体的模板金属层;以及耦合到所述模板金属层和非磁性互连的金属层。在一些实施例中,所述模板金属层由以下中的至少一种形成:Ag、Cu、或Au。在一些实施例中,所述金属层由以下中的至少一种形成:Bi和Ag;Bi和Au;Bi和Cu;Pb和Ag;Pb和Au;β-Ta;β-W,Pt;或Bi2Te3。在一些实施例中,所述第二层是以下中的一种或多种:β-Ta、β-W、W、Pt、掺杂有铱的Cu、掺杂有铋的Cu、或掺杂有周期表的3d族、4d族、5d族、4f族或5f族中的元素的Cu。在一些实施例中,所述第一层能够操作用于提供用于自旋-电荷转换的逆Rashba-Edelstein(IREE)。在一些实施例中,所述第一层能够操作用于提供用于自旋-电荷转换的逆自旋霍尔效应(ISHE)。在一些实施例中,所述第二电荷流的符号或方向根据输入铁磁体的磁化方向。在一些实施例中,输入铁磁体和输出铁磁体由以下中的一种形成:Heusler合金、Co、Fe、Ni、Gd、B、Ge、Ga、或其组合。在一些实施例中,输入铁磁体耦合到绝缘铁磁体(IFM)。在一些实施例中,IFM耦合到提供SOC的第三层,其中,所述第三层还耦合到非磁性导体。在另一个示例中,提供了一种装置,其包括:用于接收第一电荷流并产生对应的第一自旋电流的模块;用于通过自旋轨道耦合(SOC)将所述第一自旋电流转换为第二电荷流的模块;用于通过SOC将所述第二电荷流转换为第二自旋电流的模块;以及用于接收所述第二旋转电流的模块。在另一个示例中,提供了一种系统,其包括:存储器;耦合到所述存储器的处理器,所述处理器具有根据前述装置的装置;以及用于允许处理器与另一个设备进行通信的无线接口。提供了允许读者确定本技术公开内容的性质和主旨的摘要。在理解摘要并非用于限制权利要求的范围或含义的情况下,提交该摘要。所附权利要求由此并入具体描述中,其中,每一个权利要求本身作为单独的实施例。当前第1页1 2 3 
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