在單個磁阻器件實現所有16種二元布爾邏輯運算的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種在單個磁阻器件實現所有16種二元布爾邏輯運算的方法，屬于電 子信息技術領域。
【背景技術】
[0002] 基于傳統CMOS工藝的邏輯電路是計算機的重要組成部分，但是它們的小型化即將 達到物理極限。為了延續摩爾定律所指出的半導體器件的小型化趨勢，基于磁阻效應的邏 輯電路由于具有結構簡單、易于集成、操作速度快、非易失性等一系列優點而逐漸受到人們 的關注。
[0003] 在所有基于磁阻效應的邏輯電路中，最簡潔明了的當屬利用磁阻器件來進行邏輯 運算。相關工作已經證明了在單個磁阻器件實現部分二元邏輯運算的可行性，但是至今仍 無法在單個磁阻器件實現所有16種二元布爾邏輯運算，因而嚴重阻礙了基于磁阻效應的邏 輯電路的實用化進程。
【發明內容】
[0004] 針對上述問題，本發明的目的是提供一種在單個磁阻器件實現所有16種二元布爾 邏輯運算的方法，能夠極大地提高單個磁阻器件的邏輯運算功能。
[0005] 為實現上述目的，本發明采取W下技術方案:一種在單個磁阻器件實現所有16種 二元布爾邏輯運算的方法，其特征在于，包括W下內容：1)定義對磁阻器件所施加磁場的大 小和方向，使得磁阻器件滿足雙駝峰形磁阻特性，并定義磁阻器件的低電阻態激發磁場強 度絕對值為Ha和磁阻器件的高電阻態激發磁場強度絕對值為化;2)定義磁場的兩個輸入端 口 Si和S2的磁場方向，設定輸入端口 Si的磁場方向為正，輸入端口 S2的磁場方向為負；3)定 義磁場的兩個輸入端口 Si和S2的磁場大小，輸入邏輯值0表示磁場強度為0，輸入邏輯值1表 示磁場強度絕對值為也，對磁阻器件依次進行Wl寫入操作和W2寫入操作，具體為:3.1)進行 Wl寫入操作，通過設定輸入端口 Si的輸入邏輯值為0且輸入端口 S2的輸入邏輯值為1對磁阻 器件施加磁場;3.2)進行W2寫入操作，根據邏輯運算規則設定輸入端口 Si和輸入端口 S2的輸 入邏輯值，輸入邏輯值是P、q、1或0，并根據輸入端口 Si和輸入端口 S2的實際輸入邏輯值對磁 阻器件施加磁場，其中，P和q為二元布爾邏輯運算的兩個邏輯變量;4)重新定義磁場的兩個 輸入端口 Si和S2的磁場大小，對于輸入端口 Si，輸入邏輯值0表示磁場強度為0，輸入邏輯值1 表示磁場強度絕對值為化;對于輸入端口 S2，輸入邏輯值0表示磁場強度絕對值為化，輸入邏 輯值1表示磁場強度為0;對磁阻器件進行W3寫入操作，根據邏輯運算規則采用相同的輸入 邏輯值P、T)、1或0同時控制輸入端口 Si和S2,根據實際輸入邏輯值或0對磁阻器件 施加磁場，其中，^.p代表N0T p運算。
[0006] 優選地，所述邏輯運算規則為：（1 )True:在Wl寫入操作中，0和1分別輸入到輸入端 口 Si和S2;在W2寫入操作中，P和0分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入可來同 時控制輸入端口 Si和S2; (2)化Ise:在Wl寫入操作中，0和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2 寫入操作中，P和O分別輸入到輸入端口Si和S2;在W3寫入操作中，輸入P來同時控制輸入端口 Si和S2;(3)p:在Wl寫入操作中，O和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，1和P分 別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入1來同時控制輸入端口 Si和S2; (4)q:在Wl 寫入操作中，O和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，1和q分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入1來同時控制輸入端口Si和S2;(5)N0T P:在Wl寫入操作中，O 和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，1和P分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫 入操作中，輸入O來同時控制輸入端口 Si和S2;(6)NOT q:在Wl寫入操作中，O和1分別輸入到 輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，1和q分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入 O來同時控制輸入端口 Si和S2; (7)p AND q:在Wl寫入操作中，O和1分別輸入到輸入端口 Si和 S2;在W2寫入操作中，P和q分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入P來同時控制 輸入端口 Si和S2; (S)P NAND q:在Wl寫入操作中，O和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫 入操作中，P和q分別輸入到輸入端口Si和S2;在W3寫入操作中，輸入來同時控制輸入端口 Si和S2;(9)p OR q:在Wl寫入操作中，O和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，q 和P分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入P來同時控制輸入端口 Si和S2;(10)p NOR q:在Wl寫入操作中，0和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，q和P分別輸入 到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入飛)來同時控制輸入端口 Si和S2; (11 )P IMP q:在 Wl寫入操作中，0和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，P和q分別輸入到輸入端 口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入1來同時控制輸入端口 Si和S2;(12)p NIMP q:在Wl寫入操 作中，0和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，P和q分別輸入到輸入端口 Si和S2; 在W3寫入操作中，輸入0來同時控制輸入端口Si和S2;(13)p RIMP q:在Wl寫入操作中，0和1 分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，q和P分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入 操作中，輸入1來同時控制輸入端口Si和S2; (H)P RNIMP q:在Wl寫入操作中，0和1分別輸入 到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，q和P分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸 入0來同時控制輸入端口 Si和S2;(15)P XOR q:在Wl寫入操作中，0和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，q和0分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入P來同時 控制輸入端口Si和S2; (16)p XNOR q:在Wl寫入操作中，0和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在 W2寫入操作中，q和0分別輸入到輸入端口Si和S2;在W3寫入操作中，輸入來同時控制輸入 端口 Si和S2。
[0007] 優選地，所述磁阻器件采用雙駝峰形磁阻特性的磁阻器件，所述磁阻器件為歴自 旋閥、歴自旋閥型隧道結、自旋霍爾磁阻器件或各向異性磁阻器件。
[0008] 本發明由于采取W上技術方案，其具有W下優點：本發明通過對磁阻器件依次進 行Wl、W2和W3寫入操作可W完成在單個磁阻器件實現所有16種二元布爾邏輯運算，邏輯運 算的結果自動且非易失地存儲在磁阻器件中，因此可W極大地提高單個磁阻器件的邏輯運 算功能，并結合磁阻器件的非易失存儲特性，可W獲得兼具非易失存儲功能的邏輯電路，對 磁阻基邏輯電路發展具有重要意義。本發明可W廣泛應用于基于磁阻效應的邏輯電路中。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發明的雙駝峰形磁阻特性示意圖，其中R和H分別代表電阻和磁場；
[0010] 圖2是本發明的實施例所對應的控制電路原理示意圖，磁阻器件放置在虛線框中， Ia和Ib流經線圈時可W在虛線框中產生強度絕對值分別為Ha和化的勻強磁場，磁場方向向 下為正，向上為負。
【具體實施方式】
[0011] W下結合附圖來對本發明進行詳細的描繪。然而應當理解，附圖的提供僅僅是為 了更好地理解本發明，而不應該理解成對本發明的限制。
[0012] 如圖1所示，本發明的單個磁阻器件是指單個具有雙駝峰形磁阻特性的磁阻器件， 可W為歴自旋閥（SPV)、歴自旋閥型隧道結(SPV-MTJ)、自旋霍爾磁阻(SMR)器件和各向異性 磁阻(AMR)器件等。對于一個具有如圖1所示的雙駝峰形磁阻特性的磁阻器件，無論其初始 處于高電阻態還是低電阻態，施加一個大磁場，比如Ha+和出-，必定能將其寫入到低電阻態， 要想將它轉變到高電阻態，需要分兩種情況區別對待:第一，若低電阻態是由施加低電阻態 激發磁場強度Ha+寫入的，必須施加高電阻態激發磁場強度化-才能將其轉變到高電阻態;第 二，若低電阻態是由施加低電阻態激發磁場強度Ha-寫入的，必須施加高電阻態激發磁場強 度化+才能將其轉變到高電阻態。
[0013] 本發明提供的在單個磁阻器件實現所有16種二元布爾邏輯運算的方法，包括W下 內容：
[0014] 1)定義對磁阻器件所施加磁場的大小和方向，使得磁阻器件滿足如圖1所示的雙 駝峰形磁阻特性，并定義磁阻器件的低電阻態激發磁場強度絕對值Ha和高阻態激發磁場強 度絕對值化；
[0015] 2)定義磁場的兩個輸入端口 Si和S2的磁場方向，設定輸入端口 Si的磁場方向為正， 輸入端口 S2的磁場方向為負；
[0016] 3)定義磁場的兩個輸入端口 Si和S2的磁場大小，輸入邏輯值0表示磁場強度為0,輸 入邏輯值1表示磁場強度絕對值為出，對磁阻器件依次進行Wl寫入操作和W2寫入操作，具體 為：
[0017] 3.1)進行Wl寫入操作，通過設定輸入端口 Si的輸入邏輯值為0且輸入端口 S2的輸入 邏輯值為1對磁阻器件施加磁場；
[001引3.2)進行W2寫入操作，根據邏輯運算規則設定輸入端口 Si和輸入端口 S2的輸入邏 輯值，輸入邏輯值可W是P、q、l或0(P和q為二元布爾邏輯運算的兩個邏輯變量），并根據輸 入端口 Si和輸入端口 S2的實際輸入邏輯值對磁阻器件施加磁場；
[0019] 4)重新定義磁場的兩個輸入端口 Si和S2的磁場大小，對于輸入端口 Si,輸入邏輯值 0表示磁場強度為0，輸入邏輯值1表示磁場強度絕對值為化;對于輸入端口 S2，輸入邏輯值0 表示磁場強度絕對值為化，輸入邏輯值1表示磁場強度為0;對磁阻器件進行W3寫入操作，根 據邏輯運算規則采用