Low Power In-Memory Computation with Reciprocal Ferromagnet/Topological Insulator Heterostructures

拓扑绝缘体 凝聚态物理 异质结 铁磁性 旋转扭矩传递 物理 磁化 磁化动力学 拓扑(电路) 磁场 量子力学 电气工程 工程类
作者
Hamed Vakili,Samiran Ganguly,George J. de Coster,Mahesh R. Neupane,Avik W. Ghosh
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (12): 20222-20228 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c05645
摘要

[Image: see text] The surface state of a 3D topological insulator (3DTI) is a spin-momentum locked conductive state, whose large spin hall angle can be used for the energy-efficient spin–orbit torque based switching of an overlying ferromagnet (FM). Conversely, the gated switching of the magnetization of a separate FM in or out of the TI surface plane can turn on and off the TI surface current. By exploiting this reciprocal behavior, we can use two FM/3DTI heterostructures to design an integrated 1-transistor 1-magnetic tunnel junction random access memory unit (1T1MTJ RAM) for an ultra low power Processing-in-Memory (PiM) architecture. Our calculation involves combining the Fokker–Planck equation with the Nonequilibrium Green Function (NEGF) based flow of conduction electrons and Landau–Lifshitz–Gilbert (LLG) based dynamics of magnetization. Our combined approach allows us to connect device performance metrics with underlying material parameters, which can guide proposed experimental and fabrication efforts.
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