具有基于约瑟夫森相位的力矩的超导存储器的制作方法

具有基于约瑟夫森相位的力矩的超导存储器


背景技术：

1.在电子设备中使用的基于半导体的集成电路(诸如随机存取存储器)包括基于互补金属氧化物半导体(cmos)技术的数字电路。然而，在设备尺寸方面，cmos技术正在达到其极限。此外，即使当基于cmos的存储器没有被访问时，这些存储器中的泄漏电流也会引起高功耗。
2.例如，数据中心中的服务器正越来越多地消耗大量功率。功率的消耗部分是由于能量耗散而导致的功率损失，即使当cmos电路处于非活跃时也是如此。这是因为即使当这种电路(诸如随机存取存储器)是非活跃的并且不消耗任何动态功率时，这些电路仍然由于维护cmos晶体管的状态的需要而消耗功率。此外，因为cmos电路使用dc电压供电，所以即使当cmos电路非活跃时也会有一定量的电流泄漏。因此，即使当这种电路未处理诸如读取/写入的操作时，功率也由于维护cmos晶体管的状态的需要以及电流泄漏而被浪费。
3.基于cmos技术的存储器的备选方案是基于超导逻辑的存储器。


技术实现要素：

4.在一个示例中，本公开涉及一种存储器单元，该存储器单元包括第一电感器和被耦合到第一电感器以形成回路的磁性约瑟夫森结(mjj)。mjj可以至少包括在第二层上方形成的第一层和在第二层下方形成的第三层，其中第一层是自由磁性层，第二层是非磁性层，其中第三层是固定磁性层，其中存储器单元被配置为处于第一状态或第二状态，并且其中第一状态对应于自由磁性层的第一磁化配置，并且第二状态对应于自由磁性层的第二磁化配置，其中自由磁性层的第一磁化配置对应于与固定磁性层的磁化平行的第一磁化，并且自由磁性层的第二磁化配置对应于与固定磁性层的磁化反平行的第二磁化，并且其中存储器单元被配置为响应于流动通过mjj的电流，基于mjj是处于零状态还是处于π状态，从存储器单元的第一状态切换到存储器单元的第二状态，其中流动通过mjj的电流被配置为向自由磁性层的磁化施加力矩，以引起从存储器单元的第一状态到存储器单元的第二状态的切换，并且其中电流响应于经由第一电感器向回路施加通量而被产生。
5.在另一方面中，提供了一种存储器单元中的方法，该存储器单元包括第一电感器和被耦合到第一电感器以形成回路的磁性约瑟夫森结(mjj)，其中mjj至少包括在第二层上方形成的第一层和在第二层下方形成的第三层，其中第一层是自由磁性层，第二层是非磁性层，其中第三层是固定磁性层，其中存储器单元被配置为处于第一状态或第二状态，并且其中第一状态对应于自由磁性层的第一磁化配置，并且第二状态对应于自由磁性层的第二磁化配置，其中自由磁性层的第一磁化配置对应于与固定磁性层的磁化平行的第一磁化，并且自由磁性层的第二磁化配置对应于与固定磁性层的磁化反平行的第二磁化。该方法可以包括经由写入位线接收写入脉冲。该方法还可以包括：响应于流动通过mjj的电流，基于mjj是处于零状态还是处于π状态，从存储器单元的第一状态切换到存储器单元的第二状态，其中流动通过mjj的电流被配置为向自由磁性层的磁化施加力矩，以引起从存储器单元的第一状态到存储器单元的第二状态的切换，并且其中电流响应于经由第一电感器向回路
施加通量而被产生。
6.在又一方面中，本公开涉及一种包括第一电感器和磁性约瑟夫森结(mjj)的存储器单元。mjj可以至少包括在第二层上方形成的第一层和在第二层下方形成的第三层，其中第一层是自由磁性层，第二层是非磁性层，其中第三层是固定磁性层，其中存储器单元被配置为处于第一状态或第二状态，并且其中第一状态对应于自由磁性层的第一磁化配置，并且第二状态对应于自由磁性层的第二磁化配置，其中自由磁性层的第一磁化配置对应与固定磁性层的磁化平行的第一磁化，并且自由磁性层的第二磁化配置对应于与固定磁性层的磁化反平行的第二磁化，并且其中存储器单元被配置为：响应于mjj是处于零状态还是处于π状态，基于向自由磁性层的磁化施加的力矩，从存储器单元的第一状态切换到存储器单元的第二状态。
7.提供发明内容来以简化的形式引入一系列的概念，将在下面的具体实施方式中进一步描述这些概念。发明内容并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。例如，属于诸如第一层、第二层、以及第三层之类的术语仅仅用于指示：在至少一个固定磁性层的一侧上存在至少一个自由磁性层，以及在至少一个固定磁性层的另一侧上存在至少一个自由磁性层。这些术语并不意味着具体的布置或创建这些层的特定顺序。
附图说明
8.本公开以示例性的方式被示出，并且不受附图限制，其中相似的附图标记指示相似的元件。为了简单和清楚起见，示出了附图中的元件，并且这些元件不一定按照比例绘制。
9.图1示出了根据一个示例的存储器单元的示图；
10.图2示出了根据一个示例的另一存储器单元的示图；
11.图3是描绘与存储器单元相对应的mjj的超导相位与在根据一个示例的存储器单元中被施加到squid的通量之间的关系的图表；
12.图4a和图4b示出了描绘与存储器单元相对应的mjj的翻转场与在根据一个示例的存储器单元中被施加到squid的通量之间的关系的图表；
13.图5a至图5c根据一个示例示出了基于经由写入字线和写入位线施加通量的、与存储器单元相对应的mjj的磁化的模拟翻转，并且示出了对mjj的临界电流的影响；
14.图6a至图6c根据另一个示例示出了基于经由写入字线和写入位线施加通量的、与存储器单元相对应的mjj的磁化的模拟翻转，并且示出了对mjj的临界电流的影响；以及
15.图7示出了根据一个示例的包括被耦合至处理器的存储器的计算系统。
具体实施方式
16.本公开中所描述的示例涉及基于超导逻辑的存储器系统，该存储器系统包括具有基于约瑟夫森(josephson)相位的力矩的超导存储器。某些示例还涉及具有基于约瑟夫森相位的力矩的约瑟夫森磁性随机存取存储器(jmram)。某些示例还涉及互易量子逻辑(rql)兼容的ram。与cmos晶体管不同，rql电路是使用基于约瑟夫森结的器件的超导体电路。示例性的约瑟夫森结可以包括经由阻碍电流的区域所耦合的两个超导体。阻碍电流的区域可以
是超导体自身的物理性变窄、金属区域、或薄绝缘势垒。例如，超导体
‑
绝缘体
‑
超导体(sis)类型的约瑟夫森结可以被实施为rql电路的一部分。例如，超导体是在没有电场的情况下可以携带直流电流(dc)的材料。这种材料具有零电阻。例如，在温度低于tc(例如，9.3k)时，铌是超导的；然而，在温度高于tc时，铌表现为具有电阻的普通金属。因此，在sis类型的约瑟夫森结中，超导体可以是铌超导体，并且绝缘体可以是氧化铝。在sis型结中，超导电子由量子力学的波函数描述。两个超导体之间的超导电子波函数的相位在时间上的变化的相位差对应于两个超导体之间的电位差。在rql电路中，在一个示例中，sis型结可以是超导回路的一部分。当两个超导体之间的电位差的时间积分在一个相位变化的周期上相对于时间被积分的时候，穿过回路的磁通量以单个磁通量量子的整数倍变化。与单个磁通量量子相关联的电压脉冲被称为单通量量子(sfq)脉冲。例如，过阻尼的约瑟夫森结可以创建单独的单通量量子(sfq)脉冲。在rql电路中，每个约瑟夫森结可以是一个或多个超导回路中的一部分。跨结的相位差可以由被施加到回路的磁通量调制。
17.可以根据需要通过电感器或其他部件将多个约瑟夫森结耦合来形成包括传输线的各种rql电路。sfq脉冲可以在至少一个时钟的控制下经由这些传输线传送。sfq脉冲可以是正的或负的。例如，当向结提供正弦偏置电流时，则正脉冲和负脉冲二者均可以在传输线上在相反的时钟相位期间向右传送。由于没有偏置电阻，rql电路可以有利地具有零静态功率耗散。此外，rql电路可以通过使用交流(ac)功率被供电。ac功率供应还可以作为用于rql电路的稳定的时钟参考信号。在一个示例中，数字数据可以通过使用一对正的和负的(互易)sfq脉冲被编码。例如，逻辑的一位可以被编码为在正弦时钟的正相位和负相位中生成的一对互易sfq脉冲。逻辑零位可以在时钟周期期间通过没有正/负脉冲对被编码。正sfq脉冲可以在时钟的正部分期间到达，而负脉冲可以在时钟的负部分期间到达。
18.微波信号(例如，sfq脉冲)可以用于控制存储器单元的状态。在读取/写入操作期间，字线和位线可以由经由地址总线到达的sfq脉冲选择性地被激活。继而，这些脉冲可以控制字线和位线驱动器，这些驱动器可以提供字线和位线电流到相关的存储器单元。例如，这种存储器单元可以通过使用超导量子干涉仪(squid)被读出。存储器单元可以包括squid和磁性约瑟夫森结(mjj)器件，其可以被配置为使得在施加适当量的电流偏置和磁通量的情况下，存储器单元可以处于逻辑“1”状态或逻辑“0”状态。在一个示例中，如果存储器单元处于逻辑“1”状态，在经由字线施加电流的情况下，squid可以转换到“电压状态”。被耦合至存储器单元的感测放大器可以感测表示逻辑“1”状态的电压。逻辑“0”状态可以对应于“基本上零电压状态”，使得在逻辑“0”状态中，尽管经由字线施加电流，squid可以保持在“基本上零电压状态”。感测放大器可以感测表示逻辑“0”状态的这种情况。
19.存储器单元可以被布置在行和列中，使得每行可以由公共通量偏置(例如，读取字线信号)激活并且每个位线可以形成传输线，该传输线可以将处于电压状态的存储器单元的输出传播到在列的一端的感测放大器。列中的存储器单元可以被公共电流源(例如，通量泵)连续地偏置。
20.在约瑟夫森磁性随机存取存储器(jmram)中，存储器操作是基于在超导自旋阀结(superconducting spin valve junction)中的磁性层的相对对准中存储信息。存储器读出是基于约瑟夫森效应；例如，(固定的和自由的)层的磁化的平行或反平行对准表明处于第一状态的“0结”和处于第二状态的“pi结”。备选地，存储器读出是基于约瑟夫森效应；例
如，(固定的和自由的)层的磁化的平行或反平行对准表明处于第一状态的“pi结”和处于第二状态的“0结”。在jmram中，经由相对于固定层的自由层的场翻转完成写入操作。为了确保低功率操作，jmram可以被要求满足一定的功率效率。功率效率要求导致翻转场是小的，例如具有10oe的量级。jmram磁性结可以被要求具有相对高的临界电流密度；例如，jc>20ka/cm2可以被认为是可接受的。
21.在具有与节能操作相符的参数(例如，与翻转场和临界电流有关的参数)的磁性约瑟夫森结中，约瑟夫森效应在磁性翻转的动力学中起到重要作用。特别的是，约瑟夫森效应在自由磁性层上创建力矩，其可以采取行动以改变自由磁性层的磁化的定向。该力矩的大小和方向取决于跨磁性约瑟夫森结所感应的超导相位。这里所描述的某些示例存储器单元使用该基于约瑟夫森相位的力矩以协助或感应jmram位从一个状态到另一个状态的磁性翻转。例如，这可以通过以下方式来完成：在rf
‑
squid电路中嵌入磁性约瑟夫森结，并且经由互感通过施加被耦合至rf squid的通量脉冲来控制约瑟夫森结的相位。
22.图1示出了根据一个示例的存储器单元100的示图。在一个示例中，如图1中所示出的，存储器单元100可以包括存储器存储元件102。该存储器存储元件包括至少一个磁性约瑟夫森结(mjj)器件110以及至少两个约瑟夫森结112和114。在一个示例中，约瑟夫森结112和114中的每个约瑟夫森结可以是超导体
‑
绝缘体
‑
超导体(sis)类型的约瑟夫森结。存储器存储元件102还可以包括变压器116。变压器116可以包括两个电感器118和112。存储器存储元件102还可以包括另一个变压器122。变压器122可以包括电感器124和126。在一个示例中，约瑟夫森结112和114可以形成读出超导量子干涉仪(squid)。在一个示例中，mjj器件110可以是具有至少两个磁势垒层(例如，铁磁势垒)的超导体。在一个示例中，该至少两个磁势垒层(例如，铁磁势垒)可以与基于单通量量子(sfq)脉冲的电路兼容。在另一个示例中，可以存在两个磁势垒层，其中这两个磁势垒层中的一个磁势垒层具有固定磁性状态并且这两个磁势垒层中的另一个磁势垒层具有双稳磁性状态。在一个示例中，mjj器件110可以包括被夹在自由磁性层和固定磁性层之间的非磁性层。在这些层中的任何层之间可以有中间层。在一个示例中，为了允许响应于小磁场而翻转磁化方向，自由磁性层可以具有非常软的磁性性质。自由磁性层可以是铁磁金属或若干磁性材料和非磁性材料的合金。固定磁性层也可以是金属或合金。在另一个示例中，与自由磁性层相比，固定磁性层可以具有较低量的掺杂。固定磁性层可以具有比自由磁性层的磁滞大的磁滞。自由磁性层的厚度可以被选择以使得mjj器件能够在“零状态”和“π状态”之间过渡。例如，磁性层可以具有10埃至25埃的厚度。磁性合金可以是镍铁合金、镍钴合金、铁钴合金、或钴镍铁合金。在另一个示例中，磁性层可以包括掺杂有锆(zr)的镍铁合金。在其他示例中，磁性层可以包括掺杂有钼或铪的镍铁合金。非磁性层可以包括钒(v)、钼(mo)、铜(cu)、铝(al)、钽(ta)、或铬(cr)中的至少一种。作为本公开的一部分所描述的层中的任何一个层可以使用物理气相沉积(pvd)技术(诸如，溅射)形成。尽管描述了mjj器件110的以某一方式布置的一定数量的层，但是可以存在以不同方式布置的更多的或更少的层。
23.继续参考图1，存储器单元100可以被耦合至字线和位线，以用于执行各种存储器操作，这些存储器操作例如包括读取和写入操作。例如，用于执行读取操作的读取字线(rwl)可以被耦合至存储器单元100。在这个示例中，读取字线(rwl)可以经由变压器122被耦合。用于执行写入操作的写入字线(wwl)可以被耦合至存储器单元100。写入字线可以被
磁耦合至mjj 110。此外，用于执行读取操作的读取位线(rbl)可以被耦合至存储器单元100。用于执行写入操作的写入位线(wbl)也可以被耦合至存储器单元100。在该示例中，写入位线(wbl)可以经由变压器116被耦合。写入位线(wbl)的电感性耦合可以有利地使存储器单元地几何形状更有利。在这个示例中，经由该电感性耦合施加到包括mjj 110的回路(由电感器120和mjj 110形成的回路)的通量被用作用于改变存储器单元100的状态的控制机制。在一个示例中，与mjj 110耦合可以使得能够通过施加本地写入字线电流以及通过施加写入位线电流来改变mjj的磁势垒层的磁化。
24.在一个示例中，mjj 110可以处于第一状态(例如，对应于至少一个磁势垒层的第一磁化配置)和第二状态(例如，对应于至少一个磁势垒层的第二磁化配置)，其中第一磁化配置可以基本上不同于第二磁化配置。在一个示例中，当至少两个磁势垒层中的每个磁势垒层的磁化彼此相反时，mjj 110可以处于一种状态。在一个示例中，该状态可以是mjj 110的“零状态”。当至少两个磁势垒层中的每个磁势垒层的磁化彼此支持时，mjj 110可以处于一个不同的状态。在一个示例中，该状态可以是“π状态”。在“π状态”中，mjj 110可以将通量施加到jj 112和114，使得在施加字读取电流的情况下，存储器存储元件102中的感应电流——由于由mjj 110以及由经由变压器122的字读取电流的耦合所生成的通量——可以与所施加的位读取电流结合，以触发约瑟夫森结112和114，使读出squid进入到电压状态中。该电压可以沿着读取位线生成电流，该读取位线可以作为具有一定阻抗的传输线。可以使用感测放大器感测该电流。
25.在一个示例中，在写入操作期间，写入字线(wwl)和写入位线(wbl)可以从相应的驱动器接收电流。当磁性层的磁化彼此支持时，mjj 110于是可以处于“π状态”。相反地，当层的相应的磁化彼此相反时，mjj 110于是可以处于“零状态”。在一个示例中，“π状态”可以对应于逻辑“1”状态，并且“零状态”可以对应于存储器单元100的逻辑“0”状态。
26.如图1中所示出的，mjj 110和电感器120可以形成回路，使得被施加到写入位线的任何电流导致电流到回路的电感性耦合。换句话说，在该示例中，通量被施加到围绕mjj 110的回路。磁性结的总能量密度可以被写作：
27.u＝u
h
+u
k
+u
c
+u
j
28.其中u
h
是与所施加的磁场相关联的能量，包括塞曼(zeeman)能量和自旋阀中的两层的退磁场的效应，u
k
描述了磁性层的各向异性能，u
c
描述了层(例如，静磁层或交换层)之间的耦合，并且u
j
是约瑟夫森能量。在这个示例中，在磁性层中的每个磁性层上的力矩可以被写作：
[0029][0030]
其中是相应的层的磁化方向中的单位向量。于是通过兰道
‑
利夫希茨
‑
吉尔伯特方程(landau
‑
lifshitz
‑
gilbert equations)来描述磁性层的磁化的改变。
[0031]
自旋阀中的约瑟夫森效应取决于两层中的磁化的相对定向。在这个示例中，上述能量项可以被写作：
[0032][0033]
其中e
j
是约瑟夫森能量e
j
＝φ0i
c
/2π，v是位的容积，并且δ是跨结的超导相位差。
此外，
[0034][0035]
其中与铁磁层里的超电流相位的演变有关，d
f1(f2)
是相应的磁性层的厚度，并且ξ
f1(f2)
是由于相应的磁性层中的能量交换而引起的超导相位的振荡周期。如果层厚度精确地是的奇数倍，于是能量项可以在球坐标系中被写作：
[0036][0037]
其中θ
1,2
和φ
1,2
是磁性层的磁化向量的极角和方向角，并且取决于平行状态导致零结或pi结，η等于+1或
‑
1。由此得出约瑟夫森力矩项是(针对磁性层中的每个磁性层在球坐标系中写出)：
[0038][0039]
其中，
[0040][0041][0042][0043][0044]
因此，通过在squid回路中嵌入磁性结并且经由超导变压器(例如，经由图1中的变压器116)将通量施加到回路，结的相位(上述方程中的δ)可以被控制并且可以被用于影响磁性翻转。这是因为结的相位的变化导致约瑟夫森能量的改变，这进而改变施加在自由磁性层的磁化上的力矩的大小和/或方向
[0045]
为了读取存储器单元的状态，可以通过使用感测放大器来感测输出电压、电流、或存储器存储元件102的任何其他参数的改变。在一个示例中，一旦由感应传感器放大，电流脉冲的存在或不存在可以确定存储器单元100的状态为逻辑“0”或逻辑“1”。例如，逻辑“1”状态可以对应于“电压状态”，其中耦合至存储器单元的感应传感器可以感测表示逻辑“1”状态的电压。逻辑“0”状态可以对应于“基本上零电压状态”，使得感测放大器可以感测表示逻辑“0”状态的这种情况。尽管图1示出了以某一方式布置的一定数量的部件，但是存储器单元100可以包括额外的或较少的以不同方式布置的部件。例如，尽管图1示出了经由电感器耦合的写入位线(wbl)，但是写入字线(wwl)可以代替地经由电感器耦合。
[0046]
图2示出了根据另一示例的存储器单元200的示图。在一个示例中，如图2中所示出的，存储器单元200可以包括存储器存储元件202，该存储器存储元件202包括至少一个磁性约瑟夫森结(mjj)器件200以及至少两个约瑟夫森结212和214。在一个示例中，约瑟夫森结212和214中的每个约瑟夫森结可以是超导体
‑
绝缘体
‑
超导体(sis)类型的约瑟夫森结。存
储器存储元件202还可以包括变压器216。变压器116可以包括两个电感器218和220。存储器存储元件202还可以包括另一个变压器222。变压器222可以包括电感器224和226。在一个示例中，约瑟夫森结212和214可以形成读出超导量子干涉仪(squid)。在一个示例中，mjj器件210可以是具有至少两个磁势垒层(例如，铁磁势垒)的超导体。
[0047]
继续参考图2，存储器单元200可以被耦合至字线和位线，以用于执行各种存储器操作，这些存储器操作例如包括读取和写入操作。例如，用于执行读取操作的读取字线(rwl)可以被耦合至存储器单元200。在这个示例中，读取字线(rwl)可以经由变压器222被耦合。用于执行写入操作的写入字线(wwl)可以被耦合至存储器单元200。写入字线可以被磁耦合至mjj 210。此外，用于执行读取操作的读取位线(rbl)可以被耦合至存储器单元200。用于执行写入操作的两个写入位线(wbl1和wbl2)也可以被耦合至存储器单元200。如图2中所示出的，写入位线(wbl1)中的一个写入位线可以被磁耦合至mjj 210。在这个示例中，另一写入位线(wbl2)可以经由变压器216被耦合。在这个示例中，经由该电感性耦合施加到包括mjj 210的回路(由电感器220和mjj 210形成的回路)的通量被用作用于改变存储器单元200的状态的控制机制。在一个示例中，与mjj 110耦合可以使得能够通过施加本地写入字线电流以及通过经由wbl1和wbl2施加写入位线电流来改变mjj的磁势垒层的磁化。
[0048]
在一个示例中，mjj 210可以处于第一状态(例如，对应于至少一个磁势垒层的第一磁化配置)和第二状态(例如，对应于至少一个磁势垒层的第二磁化配置)，其中第一磁化配置可以基本上不同于第二磁化配置。在一个示例中，当至少两个磁势垒层中的每个磁势垒层的磁化彼此相反时，mjj 210可以处于一种状态。在一个示例中，该状态可以是mjj 210的“零状态”。当至少两个磁势垒层中的每个磁势垒层的磁化彼此支持时，mjj 210可以处于一个不同的状态。在一个示例中，该状态可以是“π状态”。在“π状态”中，mjj 210可以将通量施加到jj 212和214，使得在施加字读取电流的情况下，存储器存储元件202中的感应电流——由于由mjj 210以及由经由变压器222的字读取电流的耦合所生成的通量——可以与位读取电流结合，以触发约瑟夫森结212和214，使读出squid进入到电压状态中。该电压可以沿着读取位线生成电流，该读取位线可以作为具有一定阻抗的传输线。可以使用感测放大器感测该电流。
[0049]
在一个示例中，在写入操作期间，写入字线(wwl)和写入位线(wbl1和wbl2)可以从相应的驱动器接收电流。当磁性层的磁化彼此支持时，mjj 210于是可以处于“π状态”。相反地，当层的相应的磁化彼此相反时，mjj 210于是可以处于“零状态”。在一个示例中，“π状态”可以对应于逻辑“1”状态，并且“零状态”可以对应于存储器单元200的逻辑“0”状态。
[0050]
图3是描绘与存储器单元相对应的mjj(例如，mjj 110或mjj 210)的结相位与在根据一个示例的存储器单元中被施加到squid的通量之间的关系的图表300。这个示例中，沿着图表300的水平轴示出所施加的通量(φ0)，并且沿着竖直轴示出mjj的结相位(δ/π)的改变。图表针对0结(虚线312)和π结(实线314)两者示出了结相位中的改变。针对0结在φ0/2的相位处以及针对π结在0的相位处，squid变成双稳的。
[0051]
图4a示出了图表400并且图4b示出了图表450，图表400和图表450描绘与存储器单元相对应的mjj的翻转场(h
sw
)与在根据一个示例的存储器单元中被施加到squid的通量(φ0)之间的关系。图表400针对如下的结示出了该关系，当自由层和固定层两者的磁化是彼此平行时该结是0结，并且图表450针对如下的结示出了该关系，当自由层和固定层两者
的磁化是彼此平行时该结是π结。如图表400和450两者中所示出的，在这个示例中，施加到结的通量(例如，经由电感性耦合至回路的写入位线施加)不仅改变了翻转回路的宽度，而且改变了翻转回路的中心。
[0052]
图5a至图5c根据一个示例示出了基于经由写入字线和写入位线施加通量的、与存储器单元相对应的mjj的磁化的模拟翻转，并且示出了对流动通过mjj的临界电流的影响。在这个示例中，当自由层的磁化平行于固定层的磁化时，mjj中的结处于0状态。面板510示出了被施加到存储器单元的写入信号的简档。面板510中的实线512示出了响应于经由写入字线施加电流，经由写入字线施加到mjj的写入脉冲(作为时间的函数)。面板510中的虚线514示出了作为经由电感性耦合至包括mjj的回路的写入位线施加电流的结果，施加在mjj中感应的通量(作为时间的函数)。面板520(图5b)中的曲线522示出了在与面板510相同的持续时间期间mjj的结相位的改变。面板520中的曲线524示出了在与面板510相同的持续时间期间mjj的自由层的易轴磁化(m
x
)的改变。曲线526示出了在与面板510相同的持续时间期间mjj的自由层的硬轴磁化(m
y
)的改变。在这个示例中，响应于结合通量脉冲施加字线脉冲(经由写入位线施加)，易轴磁化(m
x
)可控地从m
x
＝
‑
1(自由层和固定层的磁化的平行对准)翻转到m
x
＝+1(自由层和固定层的磁化的反平行对准)，并且然后回到m
x
＝
‑
1。面板530(图5c)示出了在与面板510相同的持续时间期间mjj的临界电流的时间域演变。曲线532示出了当结处于0状态时的临界电流，并且曲线534和536示出了当结处于π状态时的临界电流。
[0053]
图6a至图6c根据另一个示例示出了基于经由写入字线和写入位线施加通量的、与存储器单元相对应的mjj的磁化的模拟翻转，并且示出了对流动通过mjj的临界电流的影响。在这个示例中，当自由层的磁化平行于固定层的磁化时，mjj中的结处于π状态。面板610示出了被施加到存储器单元的写入信号的简档。面板610中的实线612示出了响应于经由写入字线施加电流，经由写入字线施加到mjj的写入脉冲(作为时间的函数)。面板610中的虚线614示出了作为经由电感性耦合至包括mjj的回路的写入位线施加电流的结果，施加在mjj中感应的通量(作为时间的函数)。面板620(图6b)中的曲线622示出了在与面板610相同的持续时间期间mjj的结相位的改变。面板620中的曲线624示出了在与面板610相同的持续时间期间mjj的自由层的易轴磁化(m
x
)的改变。曲线626示出了在与面板610相同的持续时间期间mjj的自由层的硬轴磁化(m
y
)的改变。在这个示例中，响应于结合通量脉冲施加字线脉冲(经由写入位线施加)，易轴磁化(m
x
)可控地从m
x
＝
‑
1(自由层和固定层的磁化的平行对准)翻转到m
x
＝+1(自由层和固定层的磁化的反平行对准)，并且然后回到m
x
＝
‑
1。面板630(图6c)示出了在与面板610相同的持续时间期间流动经过mjj的临界电流的时间域演变。曲线632示出了当结处于0状态时的临界电流，并且曲线634和636示出了当结处于π状态时的临界电流。
[0054]
图7示出了根据一个示例的包括被耦合至处理器的存储器的计算系统。图7示出了根据一个示例的包括被耦合至存储器720的处理器710的计算系统700。处理器710可以在存储器720上以如前文解释的方式执行读取或写入操作。此外，处理器710和存储器720可以连同其他基于超导逻辑的设备一起使用。一般地，在低温环境中操作的并且要求存储指令或数据的任何超导设备可以包括存储器720。此外，处理器710不需要处于低温环境中；相反，处理器710可以在非低温温度下操作。在这个示例中，存储器720可以在单独的低温环境中，
并且可以以可以维持低温环境的方式经由连接器耦合至处理器710。存储器720可以用作数据中心中的存储的一部分，该数据中心用于提供基于云的服务(诸如软件即服务、平台即服务)或其他服务。存储器系统720可以包括布置在行和列中的存储器单元的阵列702。在一个示例中，阵列702可以是存储器单元的阵列，例如，如前文示出的存储器单元100和200。存储器系统720还可以包括行解码器718，该行解码器可以被配置为解码行控制/地址信号。行解码器718还可以被耦合至字线驱动器722。字线驱动器722可以包括电路装置以提供字线读取/写入电流至与所选择的字线相关联的存储器单元的子集或全部，以用于任何读取或写入操作。字线驱动器722可以经由字线724提供这种电流。
[0055]
存储器系统720还可以包括总线接口730，该总线接口730可以被配置为从处理器710接收控制信号或其他信号。总线接口730还可以被耦合至位线驱动器732。位线驱动器732可以包括电路装置以提供位线读取电流至与所选择的位线相关联的存储器单元的子集或全部，以用于任何读取或写入操作。位线驱动器732可以经由位线734提供这种电流。位线734可以包括读取位线和写入位线两者。换句话说，不同位线可以被用来提供电流至所选择的存储器单元，以用于读取或写入操作。通过使用行和列地址，可以通过使用地址来访问存储器单元中的任何存储器单元。位线中的每个位线(例如，位线734)还可以被耦合至感测放大器704，以用于感测位线来确定存储器单元的阵列702中的每个存储器单元的逻辑状态。
[0056]
存储器单元的阵列702和感测放大器704之间的耦合可以包括射频(rf)传输线。每列中的存储器单元可以被公共电流源(例如，通量泵)连续地电流偏置。如前文所描述的，位线734可以用来将该电流耦合至列中的存储器单元中的每个存储器单元。尽管图7示出了计算系统700的以某一方式布置的一定数量的部件，但是可以存在以不同方式布置的更多或更少数量的部件。
[0057]
总之，本公开涉及一种存储器单元，该存储器单元包括第一电感器和被耦合到第一电感器以形成回路的磁性约瑟夫森结(mjj)。mjj可以至少包括在第二层上方形成的第一层和在第二层下方形成的第三层，其中第一层是自由磁性层，第二层是非磁性层，其中第三层是固定磁性层，其中存储器单元被配置为处于第一状态或第二状态，并且其中第一状态对应于自由磁性层的第一磁化配置，并且第二状态对应于自由磁性层的第二磁化配置，其中自由磁性层的第一磁化配置对应于与固定磁性层的磁化平行的第一磁化，并且自由磁性层的第二磁化配置对应于与固定磁性层的磁化反平行的第二磁化，并且其中存储器单元被配置为响应于流动通过mjj的电流，基于mjj是处于零状态还是处于π状态，从存储器单元的第一状态切换到存储器单元的第二状态，其中流动通过mjj的电流被配置为向自由磁性层的磁化施加力矩，以引起从存储器单元的第一状态到存储器单元的第二状态的切换，并且其中电流响应于经由第一电感器向回路施加通量而被产生。
[0058]
第一电感器可以电感性地耦合至写入位线。写入位线可以被配置为接收写入电流，以作为与存储器单元相关联的写入操作的一部分。mjj可以磁耦合至写入位线。
[0059]
流动通过mjj的电流被配置为向自由磁性层的磁化施加力矩，该力矩由mjj的超导相位从零状态到π状态的变化引起。存储器单元可以被配置为：响应于力矩施加于自由磁性层的磁化，从存储器单元的第一状态切换到存储器单元的第二状态。力矩的大小和力矩的方向可以取决于mjj的超导相位。
[0060]
在另一方面中，提供了一种存储器单元中的方法，该存储器单元包括第一电感器
和被耦合到第一电感器以形成回路的磁性约瑟夫森结(mjj)，其中mjj至少包括在第二层上方形成的第一层和在第二层下方形成的第三层，其中第一层是自由磁性层，第二层是非磁性层，其中第三层是固定磁性层，其中存储器单元被配置为处于第一状态或第二状态，并且其中第一状态对应于自由磁性层的第一磁化配置，并且第二状态对应于自由磁性层的第二磁化配置，其中自由磁性层的第一磁化配置对应于与固定磁性层的磁化平行的第一磁化，并且自由磁性层的第二磁化配置对应于与固定磁性层的磁化反平行的第二磁化。该方法可以包括经由写入位线接收写入脉冲。该方法还可以包括：响应于流动通过mjj的电流，基于mjj是处于零状态还是处于π状态，从存储器单元的第一状态切换到存储器单元的第二状态，其中流动通过mjj的电流被配置为向自由磁性层的磁化施加力矩，以引起从存储器单元的第一状态到存储器单元的第二状态的切换，并且其中电流响应于经由第一电感器向回路施加通量而被产生。
[0061]
第一电感器可以电感性地耦合至写入位线。写入位线可以被配置为接收写入电流，以作为与存储器单元相关联的写入操作的一部分。mjj可以磁耦合至写入位线。
[0062]
流动通过mjj的电流被配置为向自由磁性层的磁化施加力矩，该力矩由mjj的超导相位从零状态到π状态的变化引起。存储器单元可以被配置为：响应于力矩施加于自由磁性层的磁化，从存储器单元的第一状态切换到存储器单元的第二状态。力矩的大小和力矩的方向可以取决于mjj的超导相位。
[0063]
在又一方面中，本公开涉及一种存储器单元，该存储器单元包括第一电感器和被耦合到第一电感器以形成回路的磁性约瑟夫森结(mjj)。mjj可以至少包括在第二层上方形成的第一层和在第二层下方形成的第三层，其中第一层是自由磁性层，第二层是非磁性层，其中第三层是固定磁性层，其中存储器单元被配置为处于第一状态或第二状态，并且其中第一状态对应于自由磁性层的第一磁化配置，并且第二状态对应于自由磁性层的第二磁化配置，其中自由磁性层的第一磁化配置对应与固定磁性层的磁化平行的第一磁化，并且自由磁性层的第二磁化配置对应于与固定磁性层的磁化反平行的第二磁化，并且其中存储器单元被配置为：响应于mjj是处于零状态还是处于π状态，基于向自由磁性层的磁化施加的力矩，从存储器单元的第一状态切换到存储器单元的第二状态。
[0064]
存储器单元还可以包括第一电感器，其中第一电感器电感性地耦合至写入位线。第一电感器可以电感性地耦合至写入位线。写入位线可以被配置为接收写入电流，以作为与存储器单元相关联的写入操作的一部分。mjj可以磁耦合至写入字线。
[0065]
由于mjj的超导相位的改变，可以向自由磁性层的磁化施加力矩。力矩的大小和力矩的方向取决于mjj的超导相位。
[0066]
应当理解的是，本公开所描绘的方法、模块、以及部件仅仅是示例性的。备选地，或附加地，本文中所描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件执行。例如，并且非限制地，可以使用的硬件逻辑部件的示例性类型包括：现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、系统级芯片系统(soc)、复杂可编程逻辑器件(cpld)，等等。在抽象但仍确定的意义上，实现相同功能的部件的任何布置被有效地“相关联”，使得实现所期望的功能。因此，本文中被结合以实现特定功能的任何两个部件可以被看作彼此“相关联”，使得实现所期望的功能，而不考虑架构或中间部件。同样地，任何两个如此关联的部件还可以被视为彼此“可操作地连接”或“耦合”以实现塑所期望的功能。
[0067]
与本公开中所描述的示例相关联的功能还可以包括存储在非瞬态介质中的指令。如本文中所使用的术语“非瞬态介质”指代存储数据和/或引起诸如处理器710之类的机器以具体的方式操作的指令的任何介质。示例性的非瞬态介质包括非易失性介质和/或易失性介质。非易失性介质例如包括硬盘、固态驱动器、磁盘或磁带、光盘或光学磁带、闪存存储器、eprom、nvram、pram、或其他此类介质、或此类介质的联网版本。易失性介质例如包括动态存储器(诸如dram、sram、缓存)或其他此类介质。非瞬态介质不同于传输介质，但可以与传输介质结合使用。传输介质用于向机器或从机器传输数据和/或指令。示例性传输介质包括同轴电缆、光纤电缆、铜线、以及无线介质，诸如无线电波。
[0068]
此外，在本领域技术人员将认识到上文所描述的操作的功能之间的界限仅仅是说明性的。多个操作的功能可以组合至单个操作中，和/或单个操作的功能可以被分布在额外的操作中。此外，备选实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在各种其他实施例中，操作的顺序可以改变。
[0069]
尽管本公开提供了具体的示例，但可以做出各种修改和改变而不偏离如所附权利要求阐述的本公开的范围。因此，说明书和附图应当被视为说明性的而不是限制性的，并且所有此类修改旨在被包括在本公开的范围之内。本文中描述的关于具体示例的任何优点、优势、或问题的解决并不旨在被解释为任何权利要求或所有权利要求的关键的、所要求的、或必要的特征或元素。
[0070]
此外，如本文中所使用的术语“一”或“一个”被定义为一个或不止一个。同样，权利要求书中诸如“至少一个”、“一个或多个”的介绍性短语的使用不应该被解释为意味着由不定冠词“一”或“一个”引入的另一个权利要求元素限制了任何特定的包括这类被引入到发明的权利要求元素的权利要求仅包括一个这类元素，即使当相同的权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一”或“一个”的不定冠词。定冠词的用法同样如此。
[0071]
除非另有说明，否则诸如“第一”和“第二”的术语是用于任意地区分此类术语所描述的元素。因此，这些术语并不一定旨在指示此类元素的空间优先级、时间优先级或其他优先级。