专利名称：量子磁性存储器的制作方法
技术领域：
本发明涉及存储系统，特别涉及采用自旋极化电子束向磁性存储系统中写入数据的系统和方法。
背景技术：
在常规计算机系统中占优势的海量存储器件是硬盘驱动器。硬盘驱动器是能存储几十千兆位数据的相对大的机电装置。所储存的数据通过位于快速旋转盘上方的空气垫上的读/写磁头来存取。读/写磁头快速移动以便存取旋转盘的不同磁道中的数据。数据转移受到盘旋转速度和读/写磁头定位在所需要的磁道上的速度的限制。即使利用最快的装置，存取时间也为几千微秒数量级，这是由于相对大的机械运动和所引起的惯性造成的。这个时间量至少比处理器操作的纳秒时间量慢五个数量级。该偏差使处理器极需数据。
可提供比现有可得到的海量存储器件更高的数据密度和更快的存取时间的一种建议的数据存储系统采用自旋极化电子以便从存储介质读取数据和向存储介质记录数据。电子束可由带电粒子光学器件控制，该光学器件的操作时间量更接近于处理器的操作时间量。美国专利US5546337和564706介绍了一种采用自旋极化电子向存储介质记录和转移数据。所公开的系统从涉及介质上的不同存储位置的磁矩散射自旋极化电子束，以便从这些位置读取数据和可论证地给这些位置记录数据。
该公开系统的一个问题是提供所希望的磁性的存储介质的特性难以改变这些磁性，即采用电子束记录数据。典型存储介质包括淀积在导电非磁性材料层上的相对薄的磁性材料，如铁(Fe)。这个组合材料层产生量子阱。采用薄层磁性材料强加了磁性层平面以外的易磁化轴。得到的垂直磁化支持了致密包封的磁畴，其表示单独的数据位，例如存储区域。
存储区域的薄磁性层用从位于存储介质上面几毫米的源发射的自旋极化电子束照射。源与介质的分离提供了时间和空间以控制电子束到达指定存储区域。但是，这种结构还以入射直角或接近直角即垂直于磁性层的最薄尺寸给磁性层输送电子束。因此被电子束采样的磁性层的体积(“相互作用体积”)相对小，并且耦合电子束的磁性层中的电子的数量(“耙电子”)同样很少。
另外一个问题是电子束源产生几十电子伏特(eV)的电子能量。在这些能量，被由磁性层形成的量子阱束缚的入射电子的概率大大减小。因此薄层磁性材料、法向入射电子束和高电子能量的组合限制了自旋极化电子束和耙电子之间的耦合强度。
为了倒转涉及存储区域的自旋状态，在自旋松弛机构恢复现状之前，向上自旋和向下自旋电子的相对数量必须颠倒。在铁磁材料中，电子之间的互换作用使主要自旋状态比少数自旋状态更稳定。如果相对小部分的主要自旋状态与自旋极化电子束互相作用，则由电子束触发的任何自旋倒转将由自旋松弛机构修正。
因此有效的自旋倒转需要自旋极化电子的入射束与磁性材料中的大量电子(耙电子)在相对段时间内互相作用。电子束必须在自旋松弛时间内影响临界数量的耙电子，或者主要自旋状态将恢复本身。
已经研制了允许自旋极化电子和磁性材料中的耙电子之间的耦合的系统，以便倒转多数自旋状态。
例如，扫描隧道显微镜(STMs)采用位于磁性层表面几埃()内的扫描末端。扫描末端可以被修改以使自旋极化电子从末端通过隧道效应进入介质。STMs可发射电子进入具有基本上低于1eV的能量的耙材料。结果是，自旋极化电子趋于被由磁性层形成的量子阱捕获，并沿着该层横向移动，允许每个入射电子在它离开磁性材料之前与耙电子耦合。STMs可以提供自旋极化电流密度，例如每平方纳米几微安。量子阱捕获和极高电流密度的结合已经被证明以倒转薄磁性层的磁性方向。
STM几何结构和物理移动机构不适合于高性能存储介质应用。例如，扫描端部靠近表面限制了存储介质的面积，这可能通过偏转电子束来扫描。此外，STM扫描技术相对于介质移动整个STM装置，因此对于处理器的应用来说它们太慢了。
本发明解决了关于采用自旋极化电子束向磁性介质记录数据的这些和其它问题。
附图的简要说明下面将参照附图理解本发明，附图中相同的元件用相同的标号表示。提供这些附图用以表示本发明的被选实施例，但是并不限制本发明的范围。
图1A示意性地表示采用自旋极化电子束读取和记录磁性介质的系统。
图1B是采用图1A的系统的常规磁性记录介质的方框图。
图2是表示铁磁材料的自旋相关的透射性能的简化能带模型。
图3表示对于具有平行和反平行自旋的电子对的质量散射振幅的中心。
图4A示意性地表示根据本发明的包括自旋相关电子收集器的系统的一个实施例。
图4B是图4A的自旋相关电子收集器的一个实施例的更详细的示意图。
图5是表示作为其动能的函数的固态电子平均自由程。
图6A是适用于本发明的半金属化材料的简化能带模型。
图6B表示用于半金属化材料NiMnSb的状态数据的计算密度。
发明的详细说明下面的详细说明用于提供发明的全面理解。但是，本领域技术人员都明白可以在没有这些具体细节的情况下实现本发明。此外，为了将注意力集中在本发明的特征上，没有详细说明各种公知方法、程序、部件和电路。
本发明提供一种采用自旋极化电子从存储介质读取数据和向存储介质记录数据的系统。根据本发明的系统采用促进射束的自旋极化电子(“射束电子”)和存储介质中的磁性层的电子(“目标电子”)之间的增强耦合。特定自旋极化的射束电子优先被捕获在包括磁性层的容积内，允许每个射束电子与具有相反自旋极化的多个目标电子进行能量转移碰撞。
优先被捕获的射束电子的自旋极化由在目标位置的磁性材料的电子的多数自旋状态决定。这个多数自旋状态决定目标位置的磁性状态。电子束具有由其分量电子(射束电子)的多数自旋状态决定的净极化。通过用具有与目标电子的多数自旋状态相反的净极化(多数自旋状态)的电子束照射该区域，可以使该区域的磁性状态反转。
根据本发明的存储介质包括夹在自旋镜面材料之间的磁性材料，以便形成自旋相关电子陷阱。对于自旋相关电子陷阱的一个实施例，硬磁材料层夹在第一和第二层自旋镜面材料之间。这里，“层”指的是一个或多个原子层，其实际数字和成分可以改变以调整自旋相关电子陷阱的性能。
自旋镜面材料是可磁性极化的材料，其特征在于对于处于第一自旋状态的电子在其费米能级的相对低密度电子状态和对于处于第二相反自旋状态的电子的相对高密度状态。这种电子结构提高了入射到自旋镜面材料上的处于第一自旋状态的电子将通过自旋镜面材料反射而不是透射的概率。实际上，自旋镜面材料提供在入射能范围内的电子的自旋相关透射/反射。在具有大于零的状态密度的材料用于本发明时，它们没有具有零状态密度的材料有效，因为可得到的状态允许某些泄露。
处于第二自旋状态的电子可以通过将它们以相对高的入射能量即高于费米能级的能量注入到自旋相关电子陷阱中而在自旋镜面材料之间被捕获。入射电子和存储介质的电子之间的碰撞使入射电子的动能减少到自旋镜面材料的自旋相关透射性变得明显的范围。在两层自旋镜面材料之间提供磁性材料，在射束电子在两个自旋镜面层之间反射时允许每个被捕获电子与很多目标电子相互作用。最终耦合有利于磁性材料的自旋状态的反转。
对于本发明的一个实施例，自旋镜面材料可以是半金属。典型的半金属是铁磁材料，其中铁磁去耦相对于相反自旋状态的能级移动一个自旋状态的能级，以便提供射束电子结构。半金属用做处于一个自旋状态的电子的绝缘体和处于另一自旋状态的电子的导体。
对于本发明的另一实施例，磁性材料是硬磁材料，并且自旋镜面材料是软磁材料。这里，硬和软磁材料分别是具有大和小矫顽力的材料。通常，软磁材料具有很少的处于费米能级附近的少数自旋电子。在适当淀积条件下在这些材料中感应的应变会大大扰乱这些软磁材料的电子结构，以便将它们转换成半金属化材料或接近半金属化材料。
通过本发明提供的提高的耦合允许处于特殊自旋状态的射束电子将能量转移给大量目标电子。泡利排他律保证了这个能量被优先于具有与射束电子相同的自旋取向的电子(“相同自旋电子”)而转移给具有与射束电子的多数自旋状态相反的自旋取向的目标电子(“相反自旋电子”)。
转移给目标电子的最终自旋相关能量增强了优先自旋反转的概率，如下面的详细说明。
图1A示意性地表示采用自旋极化电子的射束112读取和记录磁介质110的系统100。系统100包括源110、电子光学系统120、真空外壳130、存储介质140和用于电子光学系统120的控制模件150。源110产生自旋极化电子，采用该电子光学系统120使自旋极化电子指向存储介质140上的被选存储位置160。适当的源包括例如电子束微型柱体(micro-columns)。存储介质140上的每个位置160可表示数据位。在图1A中，所示电子束112指向读取或记录位置160’的数据。
每个存储位置160通常包括可在两个取向中的一个取向磁化，表示数据位处于高或低逻辑状态。磁化的两个取向一般称为“上自旋”和“下自旋”，但是实际取向取决于存储介质的结构。对于高密度存储器件，最佳的取向使平行和反平行于表面法向矢量(n)。
图1B是常规存储介质140的实施例的方框图，该存储介质被设计成提供平行或反平行于表面法向n的磁化。存储介质140包括淀积在导电非磁性材料148上的相对薄层磁性材料144。磁性材料144和非磁性材料148的不同晶体结构在边界146相遇。在边界146处的不同晶体结构之间的应变促使平面磁性层144以外的易磁化轴。此外，在层间边界146处的不连续性产生限制电荷在材料之间流动的势垒。非磁性层148耦合到读出放大器，在位置160被自旋极化电子束112照射时该读出放大器用于“读取”位置160的逻辑状态。该读出放大器检测通过磁性层而不是从金属层反射的电流量。通过利用射束散射行为取决于射束的相对取向和目标电子自旋极化，自旋极化电子束112读取储存在位置160之一处的逻辑状态。
图2是位于存储介质140中的电子能级(带)的简化模型。图2包括简化能带模型，其表示适合于磁性层144的铁磁材料200。还示出了与层间边界146相关的隧道势垒270和用于非磁性导电材料148的导带280。
众所周知，上自旋和下自旋电子的数量在铁磁材料中是不同的。磁性材料的净磁化由多数自旋状态决定。交换作用使处于主要(多数)自旋数量的电子稳定化并趋于保持材料的净磁化。改变这个净磁化需要反转足够数量的电子自旋以倒转主要自旋状态。
图2的能带模型表示作为波数k(水平轴)的函数的对于铁磁材料中的电子的允许能级200(垂直轴)。示出了分别用于上自旋和下自旋电子的分离能带220、228和230、238。能带220、228和230、238之间的垂直偏移表示两个自旋取向状态间的能差。铁磁材料200具有处于上自旋状态的净磁化，因为存在比下自旋电子多的上自旋电子。
图2中所示的费米能级260表示被材料200的电子占据的最高能级。对于过渡材料，导带是由成分金属原子的部分填充d轨道产生的，费米能级240位于导带内，如图所示。过渡金属的实际能带结构比图2中所示的更复杂，但是对于这种说明目的来说简单模型足够了。
上自旋带隙224表示导带220和允许能级的另一能带228之间的能带，上自旋电子该该能带阻止。就是说，磁性材料200中的上自旋电子可具有落入带隙224上面或下面的能量，但是它们不具有位于带隙224内的能量。同样，下自旋带隙234表示在导带232和组织下自旋电子的另一能带238之间的能带。例如在Kittel，“Introduction toSolid State Physics”，John Wiley & Sons，New York(1996)中讨论了表示磁性材料的能带模型。
图2中还示出了上自旋电子240和下自旋电子250。入射到磁性材料200上的电子240和250所具有的能量由沿着垂直能轴的它们的位置表示。下自旋电子250以对应用于磁性材料200中的下自旋电子的带隙234的能量入射到磁性材料200上。因而，下自旋电子250将以高的概率从磁性材料200散射。另一方面，这个相同的入射能量将上自旋电子240置于对应允许能带228的能级上，在那里上自旋电子240坑内自由移动通过磁性材料200。如果磁性材料200淀积在导电非磁性材料即层148上，上自旋电子240可能通过隧道效应进入层148。
通过将每个逻辑状态与自旋状态联系起来，包括磁性材料200的位置160可能储存逻辑1或逻辑零。可以通过用自旋极化电子束照射位置160和测量层148中的电子，来读取位置160的自旋取向。在图1A的系统中，例如，可采用读出放大器170测量电流。因此读取目标位置160的自旋状态是个相对简单的过程。
为了给目标位置记录特殊逻辑状态，电子光学系统利用自旋极化电子束112照射该位置，其中所述自旋极化电子束112具有设计成以反转主要自旋的特性，如果需要的话，设计成适当的自旋状态。例如，如果上自旋表示第一逻辑状态，并且第二逻辑状态将被写入到该位置，则利用排列成以反转主要自旋的自旋极化电子束112照射该位置。确定该位置的自旋状态是否反转的一个因数是自旋极化射束电子和材料200的主要自旋状态的目标电子之间的耦合强度。特别是，射束电子应该与磁性材料中的相对大部分的上自旋电子群相互作用。对自旋反转起作用的其它因数包括材料的自旋松弛时间、用于给定目标电子能量的脱离磁性材料的自旋相关隧道电流、和流入磁性材料的自旋无关电流。
图3表示在分别具有平行自旋的电子对和具有反平行自旋的电子对之间的计算的散射振幅310和320。例如，散射振度310和320可表示碰撞射束和目标电子之间的平行和反平行自旋对。泡利排他律允许具有反平行自旋取向的电子比具有平行自旋取向的电子更紧密地接近。因而，具有反平行自旋取向的电子对更强地相互作用，并且它们的计算的散射振幅相应地比确定用于具有平行自旋取向的电子对的振幅大。特别是，具有平行自旋取向的电子对在1.5弧度的散射振幅远小于具有反平行自旋取向的电子对在1.5弧度的散射振幅。在1.5弧度左右的散射角与从入射电子对有效地转移能量和很强地改变电子束的动量矢量方向的碰撞相关。
入射电子束和用于自旋反转的目标电子之间所需要的强耦合可以参照对于自旋反转过程的一个建议机理示出。处于第一自旋状态即下自旋的高能自旋极化电子优先与处于第二自旋状态即上自旋的目标电子耦合，如图3所示。这个优先耦合相对于下自旋目标电子提高了上自旋目标电子的平均能量。实际上，入射自旋极化电子束优先加热具有相反自旋状态的目标电子。如果该耦合足够强，则自旋极化电子束中的每个下自旋电子可与数十个上自旋电子进行能量转移碰撞，结果产生足够的磁增益。通过电子束的动能与目标电子的平均热能的比例提供由每个自旋极化电子束电子激活的大量相反自旋目标电子的评估。
一般情况下，电子穿过势垒270(图2)的概率随着电子能量而增加。在上述例子中，这意味着目标电子进入非磁性层148的隧道率随着目标电子的能量而增加。此外，当用下自旋射束电子照射电子陷阱时，泡利排他律确保了到非磁性层148的隧道电流包括比例比下自旋目标电子大的上自旋目标电子。优先激活上自旋目标电子的净效应是通过素隧道的磁性材料中的上自旋数量的减少。
由于电子的损失保留了非补偿，因此到非磁性层的增加的隧道效应还产生在磁性层和非磁性层之间的电荷失衡。最终的电场产生反应电流，其中来自非磁性层的电子流回到磁性层中以偏移电荷失衡。由驱动反应电流的电场产生的力与自旋无关。即，在上自旋电子优先于下自旋射束电子“反冲出”磁性层时，相等数量的上自旋和下自旋电子扩散回到磁性层中。
自旋相关加热和自旋无关反应电流之后发射目标电子的净效应是磁性层中的上自旋电子数量相对于下自旋电子数量减少。如果耦合足够强并且e束强度足够高，磁性材料的净磁化将反转到下自旋。在用处于上自旋状态的极化电子束照射下自旋位置时，同样的机理使下自旋存储位置反转到上自旋存储位置。本发明提供充分增加这个耦合的系统和方法。
图4A是示意性地表示根据本发明的存储系统400的一个实施例。存储系统400包括电子源410和存储介质480。电子源410给存储介质480上的特定位置提供自旋极化电子束412。存储介质480表示为自旋相关电子陷阱430(1)-430(n)阵列(通常为“电子陷阱430”)。当实际系统采用两维阵列电子陷阱430时，如图1所示，为了表示的目的只示出了一维阵列。
每个自旋相关电子陷阱430包括置于第一和第二自旋镜面440、450之间的磁性材料420。在下列讨论中，“自旋镜面”指的是可磁性极化的材料，对于一个能量范围，优先反射处于一个自旋状态的电子，同时透射处于相反自旋状态的电子。在没有外部施加力时，镜面的自旋状态自对准到它们之间的磁性材料的电流自旋状态。这个自旋相关透射性最明显时的能量通常在电子陷阱430的费米能级附近，其中入射电子采样电子陷阱的量子阱结构。在充分处于费米能级上面的能量时，例如几个电子伏(eV)，能带可以透射处于两种自旋状态的电子。
自旋镜面440、450的可磁性极化特性由它们的自旋状态与磁性材料420的自旋状态的对准来表示。可以通过材料成分来控制自旋镜面的自旋差分透射，或者通过使不呈现自旋差分透射的材料应变来进行。
对于存储介质480的所公开的实施例，所示的电子陷阱430设置在导电非磁性层460上。自旋镜面440和450用做自旋相关镜面以便在电子陷阱430中捕获具有给定自旋状态的射束电子412。随着被捕获电子在层440和450之间的磁性材料420中重复散射，处于特殊自旋状态的被捕获射束电子具有足够的机率很强地耦合处于相反自旋状态的目标电子。如下所述，非磁性层460为通过与射束电子的碰撞激活的电子提供通道以便从电子陷阱430运动出来。
图4B是更详细地表示电子陷阱430的一个实施例的方框图。电子陷阱的所公开实施例包括在自旋镜面440和磁性材料420之间的第二层非磁性材料。第二层非磁性材料470与非磁性材料460电接触，以便为激活电子提供有效的通道以到达非磁性材料460。
图4B中还示出了不同材料层的示意厚度。例如，自旋镜面440、450可包括半金属化材料的3-20单层。采用较厚的结构通过射束-目标碰撞使入射电子束慢下来。磁性材料可包括3-20单层硬磁性材料，在其它因数当中，这取决于磁性极化所希望的方向。非磁性材料450和470可包括分别为约100单层和约5单层的非磁性材料。这些层的厚度可以调整以调整电子陷阱430的特性，如下面更详细的说明。
磁性材料420和自旋镜面440、450的原子层(或单层)的数量可以选择以调整电子陷阱430的磁化特性。例如，当磁性材料420是铁时，可以在例如自旋镜面450上外延地设置2-4原子层的厚度。磁性材料420和自旋镜面450的晶格常数之间的失配在磁性材料420中产生应变，这使其易磁化轴在由磁性材料420的层形成的平面以外旋转。
还可以调整自旋镜面440、450和非磁性材料470的厚度以增强电子束的捕获能力。不存在高入射能量的自旋相关反射将允许处于在较低能量被反射的自旋状态的射束电子产生电子陷阱430。后来这些电子通过与自旋镜面440、450和磁性材料420)“目标电子”)的碰撞而失去能量。可以调整自旋镜面440、450和/或磁性材料420的厚度以增加射束电子进行足够的碰撞的可能性，以便使它们的能量减少到它们可以被自旋镜面440、450捕获的水平。
对于本发明的另一实施例，可以在自旋镜面440上设置附加的材料层，以便提高入射射束电子的散射可能性(和能量损失)。例如，可添加10-20原子层材料(约100埃)以增加入射电子的散射性。附加的碰撞还趋于给横向于它们的入射方向的射束电子施加动量分量，使他们在磁性材料420的较宽体积上分布。在主题为“量子磁性存储器”的美国专利申请系列号09/211233中讨论了这个方案的优点。
众所周知，固体(金属)中的电子散射具有相对低的改变散射电子的自旋状态的概率。动量改变碰撞通常是大于每单位时间的自旋反转碰撞数量的数量级。此外，动量改变碰撞给电子动量提供横向分量的概率相对高。例如，图3示出了在射束电子与相反自旋目标电子碰撞时射束电子具有在质量坐标系的中心散射45°或以上的约50％的机率。在实验参考系中，例如其中表示存储介质480的参考系，在横向的散射振幅保持足够，并且多散射事件进一步增强了射束电子获得横向动量分量的概率。
图5示出了表示计算的作为电子动能函数的金属中的电子的平均自由程的曲线510。这里，“平均自由程”指的是电子在与其它电子碰撞之间运行的平均距离。根据曲线510，电子的平均自由程减少，并且随着其能量的增加而进行更多的碰撞。在所公开的系统中，在10eVs入射在储存材料400上的射束电子具有约。1纳米(1埃)的平均自由程。因此100埃的材料层410(10-20单层)提供横向碰撞的显著机会。
随着能量的增加而使碰撞数量的增加反射了大量目标电子，随着其能量的增加，射束电子可以与其相互作用。磁性材料中的目标电子可以只被散射到现有的、即自旋允许的费米能级上面的能量状态，并且射束电子提供这个转变的能量。与较低能量射束电子相比，较高能量的射束电子可以从在磁性材料的费米能级以下的能级散射目标电子。这样，自旋极化电子束的入射能量是可变的，即可以调整以增强横向散射。
图6A是适合用做自旋镜面材料的半金属化材料600的简化状态密度。曲线610表示对于半金属600中的上自旋电子，作为波数(k)的函数，上自旋电子在现有能态上的分布。半金属600的费米能级位于由取消610表示的现有能态内。因而，半金属600用做用于上自旋电子的导体。
曲线620表示作为半金属化材料600中的下自旋电子的k的函数，电子在现有能态上的分布。曲线620没有处于材料600的费米能级上的能级。示出了下一能带的最低可得到能级(曲线630)约为费米能级上的。7eV，与计算的这些材料的带隙值一致。由于电子在室温下具有约。025eVs的热能，因此。7eV带隙表示到达能级的明显势垒，其中在该能级下自旋电子可以自由移动通过半金属化材料600。因而，半金属化材料600用做用于下自旋电子的绝缘体。
半金属化材料的能带结构可归因于铁磁耦合。通常，半金属化材料用做重要或多数自旋状态电子的导体和用做少数自旋状态电子的绝缘体。例如，半金属化材料600可以代表电子陷阱430(j)的自旋镜面440(j)、450(j)。如上所述，软磁材料和其它材料通过应变感应扰乱可以获得与图6相同的半金属化电子结构。
图6B表示在半金属化材料NiMnSb中的上自旋和下自旋电子的计算的状态密度。费米能级的位置由尖头表示，费米能级周围的少数自旋电子的带隙很明显。希望展示半金属化特性的其它材料是PtMnSb。通常，具有窄能带、在它们的范围内的能隙和强的铁磁相互作用的材料可呈现半金属化特性。另外的材料和成分可以被强制在应变时呈现半金属化特性。
下面的讨论集中在根据本发明设计的存储介质的自旋相关电子捕获特性。这些存储介质和它们的分量电子捕获的各种其它特性还可以影响利用自旋极化电子束记录的介质的灵敏度。例如，反转给定存储位置的自旋状态所需要的电子束强度部分取决于磁性材料的自旋松弛时间特性。自旋松弛时间表示在它从初始状态被扰乱时，例如通过与自旋极化电子束的碰撞，存储材料的磁性状态所需要的时间。较快的自旋松弛时间难以反转自旋状态，因为初始自旋状态被快速地重建。较慢的自旋松弛时间允许被自旋极化电子束感应的磁性材料的自旋数量改变，以持续足够长的时间用以产生自旋数量倒置(自旋反转)。
自旋松弛时间取决于磁性材料的能带结构。对于本发明的实施例，可通过改变磁性层中的磁性元件(纯的或合金形式的)来增加自旋松弛时间。自旋松弛时间的增加减少了实现自旋方向反向所需要的自旋极化电流密度。
根据本发明，自旋反转取决于量子磁性自旋系统的各种参数可表示如下(I)e·Ns/Ts＜Ibeam·gspin这里，Ns是每个存储位置或位的自旋数量，Ts是自旋松弛时间，Ibeam<p>表17
这些表中的结果表明本发明的化合物对NO和IL-6的产生具有明显的抑制作用。试验实施例2(抗炎症效果1对由角叉菜胶引起的水肿的抵抗作用)(1)实验动物将雄性ICR鼠(4周龄，日本Charles River有限公司)于一个饲养笼中预饲养约一星期，选出健康的鼠用于试验。
(2)试验中使用的药物将每种试验化合物悬浮在一种0.5％的羧甲基纤维素钠(0.5％CMC-Na，Wako纯化学工业有限公司的产品)中或者溶解在纯水中。所述悬浮液或溶液以0.1mL/10g(每只鼠的体重)的剂量进行口服用药。
使用被溶解在生理盐水中的λ-角叉菜胶(Picnin A，Zushi Kagaku的产品)。
(3)试验方法借助器官充满度测量器(Ugo Basile的产品)测定每只小鼠的右后腿的体积。然后，将2％的角叉菜胶溶液(0.05mL)注射进所述腿的脚垫中。注射角叉菜胶(炎症诱导剂)五天后，测量所述腿的体积。将所述小鼠分组，每组包括8只鼠。从分组那天起(即，施用了角叉菜胶5天后)，连续四天每天口服给予一次每种试验化合物。在服用每种试验化合物前以及停止服用后那天(即，服用角叉菜胶后的第9先捕获。当存储位置的自旋状态被下自旋电子束反转成下自旋状态时，自旋镜面440、450还反转它们的自旋状态，这是因为它们被磁性材料420极化。来自下自旋电子束的电子优先透射通过电子陷阱430，因为它们经受了与主要下自旋目标电子的不太大角度的散射，并且重新极化自旋镜面440、450中的下自旋能带的可用性给层460提供导电沟道。通过作为时间的函数而监视电子束的透射，可通过检测透射电子束流的最终增加来确认自旋反转。
前面已经公开了利用自旋极化电子束从存储介质读取数据和给存储介质写入数据的系统和方法。该存储介质包括由夹在自旋镜面材料之间的磁性材料形成的电子陷阱。自旋镜面优先捕获具有与存储位置相反的自旋状态的电子，并允许射束电子与目标电子进行多次碰撞。射束-目标电子耦合的最终增强允许利用相对低强度的自旋极化电子束记录存储位置。
前面已经利用特殊实施例示出了本发明。本领域的受益于本公开的技术人员将认识到这些实施例可以在所附权利要求书的精神和范围内进行各种修改。
权利要求
1.一种用于储存数据的系统，包括自旋极化电子束源；和与自旋极化电子束相互作用的介质，该介质包括夹在第一和第二层自旋镜面材料之间的磁性材料层，以便形成自旋相关量子阱。
2.根据权利要求1的系统，其中第一和第二层自旋镜面材料是可磁性极化的材料。
3.根据权利要求2的系统，其中第一和第二层可磁性极化的材料是第一和第二层半金属。
4.根据权利要求2的系统，其中磁性材料是硬磁材料，第一和第二层自旋镜面材料是第一和第二层NiMnSb。
5.根据权利要求1的系统，其中磁性材料是硬磁材料，第一和第二层自旋镜面材料是第一和第二层软磁材料。
6.根据权利要求5的系统，还包括分别在硬磁材料与第一和第二层软磁材料之间的第一和第二层非磁性材料。
7.根据权利要求1的系统，其中自旋镜面材料是具有用于在材料的费米能级的少数自旋状态的低密度状态的材料。
8.一种将磁畴从第一自旋状态转换到第二自旋状态的方法，该方法包括将在第二自旋状态极化的电子束引导到磁畴；和在位于第一和第二层自旋镜面材料之间的磁畴中捕获一部分电子束。
9.根据权利要求8的方法，还包括在磁畴被转换到第二自旋状态时停止引导射束。
10.根据权利要求9的方法，其中停止引导射束包括监视引导电子束的透射；和当被监视透射表示磁畴从第一向第二自旋状态变化时从磁畴重新引导射束。
11.根据权利要求8的方法，其中捕获一部分电子束包括在第一和第二层半金属化材料之间的磁畴中捕获一部分电子束。
12.根据权利要求8的方法，其中捕获一部分电子束包括在第一和第二层软磁材料之间的磁畴中捕获一部分电子束。
13.一种包括磁位阵列的存储结构，每个磁位包括在第一磁性状态并夹在第一和第二层自旋镜面材料之间的硬磁材料，第一和第二层自旋镜面材料在第一磁性状态中被极化。
14.根据权利要求13的存储结构，其中自旋镜面材料是半金属化材料。
15.根据权利要求13的存储结构，其中每个磁单元还包括在硬磁材料和一层半金属化材料之间的一层导电材料。
16.根据权利要求13的存储结构，其中自旋镜面材料是软磁材料。
17.根据权利要求16的存储结构，其中每个磁单元还包括在硬磁材料和第一层软磁材料之间的的一层导电非磁性材料。
18.一种用于存储数据的系统，包括自旋极化电子源；在距离所述源的选择距离设置并具有多个存储位置的存储介质，每个存储位置包括夹在第一和第二自旋镜面材料之间的磁性材料，以便优先在磁性材料附近捕获给定自旋状态的电子；和将自旋极化电子引导到多个存储位置之一的电子光学系统。
19.根据权利要求18的系统，其中自旋极化电子源是电子微通道。
20.根据权利要求18的系统，其中第一和第二自旋镜面材料是半金属化材料。
21.根据权利要求18的系统，其中第一和第二自旋镜面材料是软磁材料。
22.根据权利要求18的系统，其中第一和第二自旋镜面材料是由应变材料形成的。
全文摘要
提供一种采用自旋极化电子束在磁性介质上存储数据的系统。该系统包括自旋极化电子束源和距离该源为选择距离设置的存储介质。存储介质具有多个存储位置，每个存储位置包括夹在第一和第二层半金属化材料之间的一层磁性材料。最终层叠结构形成自旋相关电子陷阱，增加了处于第一自旋状态的射束电子和处于第二自旋状态的电子之间的耦合。电子光学系统引导自旋极化电子束源到多个存储位置。
文档编号G11B11/115GK1432178SQ01810324
公开日2003年7月23日 申请日期2001年3月13日 优先权日2000年3月30日
发明者E·C·汉纳, M·A·布朗 申请人:英特尔公司