在单个磁阻器件实现所有16种二元布尔逻辑运算的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种在单个磁阻器件实现所有16种二元布尔逻辑运算的方法，属于电 子信息技术领域。
【背景技术】
[0002] 基于传统CMOS工艺的逻辑电路是计算机的重要组成部分，但是它们的小型化即将 达到物理极限。为了延续摩尔定律所指出的半导体器件的小型化趋势，基于磁阻效应的逻 辑电路由于具有结构简单、易于集成、操作速度快、非易失性等一系列优点而逐渐受到人们 的关注。
[0003] 在所有基于磁阻效应的逻辑电路中，最简洁明了的当属利用磁阻器件来进行逻辑 运算。相关工作已经证明了在单个磁阻器件实现部分二元逻辑运算的可行性，但是至今仍 无法在单个磁阻器件实现所有16种二元布尔逻辑运算，因而严重阻碍了基于磁阻效应的逻 辑电路的实用化进程。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种在单个磁阻器件实现所有16种二元布尔 逻辑运算的方法，能够极大地提高单个磁阻器件的逻辑运算功能。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取W下技术方案:一种在单个磁阻器件实现所有16种 二元布尔逻辑运算的方法，其特征在于，包括W下内容：1)定义对磁阻器件所施加磁场的大 小和方向，使得磁阻器件满足双驼峰形磁阻特性，并定义磁阻器件的低电阻态激发磁场强 度绝对值为Ha和磁阻器件的高电阻态激发磁场强度绝对值为化;2)定义磁场的两个输入端 口 Si和S2的磁场方向，设定输入端口 Si的磁场方向为正，输入端口 S2的磁场方向为负；3)定 义磁场的两个输入端口 Si和S2的磁场大小，输入逻辑值0表示磁场强度为0，输入逻辑值1表 示磁场强度绝对值为也，对磁阻器件依次进行Wl写入操作和W2写入操作，具体为:3.1)进行 Wl写入操作，通过设定输入端口 Si的输入逻辑值为0且输入端口 S2的输入逻辑值为1对磁阻 器件施加磁场;3.2)进行W2写入操作，根据逻辑运算规则设定输入端口 Si和输入端口 S2的输 入逻辑值，输入逻辑值是P、q、1或0，并根据输入端口 Si和输入端口 S2的实际输入逻辑值对磁 阻器件施加磁场，其中，P和q为二元布尔逻辑运算的两个逻辑变量;4)重新定义磁场的两个 输入端口 Si和S2的磁场大小，对于输入端口 Si，输入逻辑值0表示磁场强度为0，输入逻辑值1 表示磁场强度绝对值为化;对于输入端口 S2，输入逻辑值0表示磁场强度绝对值为化，输入逻 辑值1表示磁场强度为0;对磁阻器件进行W3写入操作，根据逻辑运算规则采用相同的输入 逻辑值P、T)、1或0同时控制输入端口 Si和S2,根据实际输入逻辑值或0对磁阻器件 施加磁场，其中，^.p代表N0T p运算。
[0006] 优选地，所述逻辑运算规则为：（1 )True:在Wl写入操作中，0和1分别输入到输入端 口 Si和S2;在W2写入操作中，P和0分别输入到输入端口 Si和S2;在W3写入操作中，输入可来同 时控制输入端口 Si和S2; (2)化Ise:在Wl写入操作中，0和1分别输入到输入端口 Si和S2;在W2 写入操作中，P和O分别输入到输入端口Si和S2;在W3写入操作中，输入P来同时控制输入端口 Si和S2;(3)p:在Wl写入操作中，O和1分别输入到输入端口 Si和S2;在W2写入操作中，1和P分 别输入到输入端口 Si和S2;在W3写入操作中，输入1来同时控制输入端口 Si和S2; (4)q:在Wl 写入操作中，O和1分别输入到输入端口 Si和S2;在W2写入操作中，1和q分别输入到输入端口 Si和S2;在W3写入操作中，输入1来同时控制输入端口Si和S2;(5)N0T P:在Wl写入操作中，O 和1分别输入到输入端口 Si和S2;在W2写入操作中，1和P分别输入到输入端口 Si和S2;在W3写 入操作中，输入O来同时控制输入端口 Si和S2;(6)NOT q:在Wl写入操作中，O和1分别输入到 输入端口 Si和S2;在W2写入操作中，1和q分别输入到输入端口 Si和S2;在W3写入操作中，输入 O来同时控制输入端口 Si和S2; (7)p AND q:在Wl写入操作中，O和1分别输入到输入端口 Si和 S2;在W2写入操作中，P和q分别输入到输入端口 Si和S2;在W3写入操作中，输入P来同时控制 输入端口 Si和S2; (S)P NAND q:在Wl写入操作中，O和1分别输入到输入端口 Si和S2;在W2写 入操作中，P和q分别输入到输入端口Si和S2;在W3写入操作中，输入来同时控制输入端口 Si和S2;(9)p OR q:在Wl写入操作中，O和1分别输入到输入端口 Si和S2;在W2写入操作中，q 和P分别输入到输入端口 Si和S2;在W3写入操作中，输入P来同时控制输入端口 Si和S2;(10)p NOR q:在Wl写入操作中，0和1分别输入到输入端口 Si和S2;在W2写入操作中，q和P分别输入 到输入端口 Si和S2;在W3写入操作中，输入飞)来同时控制输入端口 Si和S2; (11 )P IMP q:在 Wl写入操作中，0和1分别输入到输入端口 Si和S2;在W2写入操作中，P和q分别输入到输入端 口 Si和S2;在W3写入操作中，输入1来同时控制输入端口 Si和S2;(12)p NIMP q:在Wl写入操 作中，0和1分别输入到输入端口 Si和S2;在W2写入操作中，P和q分别输入到输入端口 Si和S2; 在W3写入操作中，输入0来同时控制输入端口Si和S2;(13)p RIMP q:在Wl写入操作中，0和1 分别输入到输入端口 Si和S2;在W2写入操作中，q和P分别输入到输入端口 Si和S2;在W3写入 操作中，输入1来同时控制输入端口Si和S2; (H)P RNIMP q:在Wl写入操作中，0和1分别输入 到输入端口 Si和S2;在W2写入操作中，q和P分别输入到输入端口 Si和S2;在W3写入操作中，输 入0来同时控制输入端口 Si和S2;(15)P XOR q:在Wl写入操作中，0和1分别输入到输入端口 Si和S2;在W2写入操作中，q和0分别输入到输入端口 Si和S2;在W3写入操作中，输入P来同时 控制输入端口Si和S2; (16)p XNOR q:在Wl写入操作中，0和1分别输入到输入端口 Si和S2;在 W2写入操作中，q和0分别输入到输入端口Si和S2;在W3写入操作中，输入来同时控制输入 端口 Si和S2。
[0007] 优选地，所述磁阻器件采用双驼峰形磁阻特性的磁阻器件，所述磁阻器件为歴自 旋阀、歴自旋阀型隧道结、自旋霍尔磁阻器件或各向异性磁阻器件。
[0008] 本发明由于采取W上技术方案，其具有W下优点：本发明通过对磁阻器件依次进 行Wl、W2和W3写入操作可W完成在单个磁阻器件实现所有16种二元布尔逻辑运算，逻辑运 算的结果自动且非易失地存储在磁阻器件中，因此可W极大地提高单个磁阻器件的逻辑运 算功能，并结合磁阻器件的非易失存储特性，可W获得兼具非易失存储功能的逻辑电路，对 磁阻基逻辑电路发展具有重要意义。本发明可W广泛应用于基于磁阻效应的逻辑电路中。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明的双驼峰形磁阻特性示意图，其中R和H分别代表电阻和磁场；
[0010] 图2是本发明的实施例所对应的控制电路原理示意图，磁阻器件放置在虚线框中， Ia和Ib流经线圈时可W在虚线框中产生强度绝对值分别为Ha和化的匀强磁场，磁场方向向 下为正，向上为负。
【具体实施方式】
[0011] W下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅仅是为 了更好地理解本发明，而不应该理解成对本发明的限制。
[0012] 如图1所示，本发明的单个磁阻器件是指单个具有双驼峰形磁阻特性的磁阻器件， 可W为歴自旋阀（SPV)、歴自旋阀型隧道结(SPV-MTJ)、自旋霍尔磁阻(SMR)器件和各向异性 磁阻(AMR)器件等。对于一个具有如图1所示的双驼峰形磁阻特性的磁阻器件，无论其初始 处于高电阻态还是低电阻态，施加一个大磁场，比如Ha+和出-，必定能将其写入到低电阻态， 要想将它转变到高电阻态，需要分两种情况区别对待:第一，若低电阻态是由施加低电阻态 激发磁场强度Ha+写入的，必须施加高电阻态激发磁场强度化-才能将其转变到高电阻态;第 二，若低电阻态是由施加低电阻态激发磁场强度Ha-写入的，必须施加高电阻态激发磁场强 度化+才能将其转变到高电阻态。
[0013] 本发明提供的在单个磁阻器件实现所有16种二元布尔逻辑运算的方法，包括W下 内容：
[0014] 1)定义对磁阻器件所施加磁场的大小和方向，使得磁阻器件满足如图1所示的双 驼峰形磁阻特性，并定义磁阻器件的低电阻态激发磁场强度绝对值Ha和高阻态激发磁场强 度绝对值化；
[0015] 2)定义磁场的两个输入端口 Si和S2的磁场方向，设定输入端口 Si的磁场方向为正， 输入端口 S2的磁场方向为负；
[0016] 3)定义磁场的两个输入端口 Si和S2的磁场大小，输入逻辑值0表示磁场强度为0,输 入逻辑值1表示磁场强度绝对值为出，对磁阻器件依次进行Wl写入操作和W2写入操作，具体 为：
[0017] 3.1)进行Wl写入操作，通过设定输入端口 Si的输入逻辑值为0且输入端口 S2的输入 逻辑值为1对磁阻器件施加磁场；
[001引3.2)进行W2写入操作，根据逻辑运算规则设定输入端口 Si和输入端口 S2的输入逻 辑值，输入逻辑值可W是P、q、l或0(P和q为二元布尔逻辑运算的两个逻辑变量），并根据输 入端口 Si和输入端口 S2的实际输入逻辑值对磁阻器件施加磁场；
[0019] 4)重新定义磁场的两个输入端口 Si和S2的磁场大小，对于输入端口 Si,输入逻辑值 0表示磁场强度为0，输入逻辑值1表示磁场强度绝对值为化;对于输入端口 S2，输入逻辑值0 表示磁场强度绝对值为化，输入逻辑值1表示磁场强度为0;对磁阻器件进行W3写入操作，根 据逻辑运算规则采用