本申請(qǐng)涉及存儲(chǔ)器領(lǐng)域，具體而言，涉及一種磁性納米線器件、其制作方法與磁性納米線的構(gòu)筑方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)人們發(fā)展了很多新型信息材料和器件。如閃存、阻變存儲(chǔ)器(rram)、磁記錄、磁存儲(chǔ)器(mram)等，在這些技術(shù)中，有些利用了電子的電荷屬性，有些利用了電子的自旋屬性。

mram利用了電子的自旋屬性，其基本結(jié)構(gòu)為自旋閥或磁隧道結(jié)(兩個(gè)鐵磁層用一個(gè)非磁金屬層或絕緣層隔離)，基于磁電阻效應(yīng)工作，其中，一個(gè)鐵磁層的磁化方向固定而另一個(gè)鐵磁層的磁化方向會(huì)隨外磁場(chǎng)而變化，因而器件的電阻會(huì)發(fā)生變化從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。閃存和rram都只是利用了電子的電荷性質(zhì)。

高存儲(chǔ)密度和多功能的需求驅(qū)使人們研究磁化的無(wú)外場(chǎng)(h)操控可能性，以獲得新的策略從而使自旋和電荷可以相互作用，最終獲得高速、超低功耗信息存儲(chǔ)和處理功能。

如果能在金屬-絕緣體-金屬(m/i/m)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)限域并且穩(wěn)定的操控磁性納米線的這樣一種行為，那么它所表現(xiàn)出來(lái)的各種豐富的新奇的物理現(xiàn)象，例如輸運(yùn)行為可以具有量子化的特征。磁性納米線引入又為磁化的無(wú)外場(chǎng)(h)操控提供了研究的載體。尤其在信息領(lǐng)域中，磁電耦合效應(yīng)是最受關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一，可以看出迫切需要一種限域且穩(wěn)定的磁性納米線。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)的主要目的在于提供一種磁性納米線器件、其制作方法與磁性納米線的構(gòu)筑方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法提供一種限域且穩(wěn)定存在的磁性納米線的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供了一種磁性納米線器件，該磁性納米線器件包括依次疊置設(shè)置的襯底、第一電極層、絕緣層和第二電極層，其中，上述第一電極層與上述第二電極層中的一個(gè)電極層為鐵磁電極層，另一個(gè)電極層為非磁性電極層，上述磁性納米線器件還包括設(shè)置在上述鐵磁電極層與上述絕緣層之間的原子阻擋層，上述原子阻擋層包括納米通孔。

進(jìn)一步地，上述鐵磁電極層的材料選自fe、co與ni中的一種或多種，優(yōu)選上述鐵磁電極層的厚度為30～50nm。

進(jìn)一步地，上述非磁性電極層的材料選自pt與ti中的一種或多種，優(yōu)選上述非磁性電極層的厚度為30～50nm。

進(jìn)一步地，上述絕緣層的材料選自tio2、tao5、hfo2、nio與zro2中的一種或多種，優(yōu)選上述絕緣層的厚度為10～30nm。

進(jìn)一步地，上述原子阻擋層的材料選自石墨烯、二硫化鉬與五碲化鋯中的一種或多種，上述原子阻擋層包括n個(gè)單原子層，其中，n為整數(shù)，且1≤n≤3，進(jìn)一步優(yōu)選上述納米通孔的直徑在20～50nm之間。

進(jìn)一步地，上述磁性納米線器件還包括：種子層，設(shè)置在上述襯底與上述第一電極層之間，優(yōu)選上述種子層的材料選自ti和/或cr，進(jìn)一步優(yōu)選上述種子層的厚度在5～10nm之間。

根據(jù)本申請(qǐng)的另一方面，提供了一種磁性納米線器件的制作方法，上述制作方法包括：在襯底上依次疊置設(shè)置第一電極層、絕緣層、原子阻擋層和第二電極層，且上述第一電極層為非磁性電極層，上述第二電極層為鐵磁電極層，或者在襯底上依次疊置設(shè)置第一電極層、原子阻擋層、絕緣層和第二電極層，且上述第一電極層為鐵磁電極層，上述第二電極層為非磁性電極層，其中，上述原子阻擋層包括納米通孔。

進(jìn)一步地，采用磁控濺射法、離子束濺射法或電子束蒸發(fā)法設(shè)置上述第一電極層和/或上述第二電極層，優(yōu)選采用原子層沉積法、磁控濺射法或離子束濺射法設(shè)置上述絕緣層。

進(jìn)一步地，上述鐵磁電極層的材料選自fe、co與ni中的一種或多種，優(yōu)選上述鐵磁電極層的厚度為30～50nm。

進(jìn)一步地，上述非磁性電極層的材料選自pt與ti中的一種或多種，優(yōu)選上述非磁性電極層的厚度為30～50nm。

進(jìn)一步地，上述絕緣層的材料選自tio2、tao5、hfo2、nio與zro2中的一種或多種，優(yōu)選上述絕緣層的厚度為10～30nm。

進(jìn)一步地，上述阻擋層的材料選自石墨烯、二硫化鉬與五碲化鋯中的一種或多種，優(yōu)選上述納米通孔的直徑在20～50nm之間。

進(jìn)一步地，在設(shè)置上述第一電極層之前，上述制作方法還包括：在上述襯底上設(shè)置種子層，上述第一電極層設(shè)置在上述種子層的遠(yuǎn)離上述襯底的表面上，優(yōu)選采用磁控濺射法、離子束濺射法或電子束蒸發(fā)法設(shè)置上述種子層，進(jìn)一步優(yōu)選上述種子層的材料選自ti和/或cr，優(yōu)選上述種子層的厚度在5～10nm之間。

根據(jù)本申請(qǐng)的另一方面，提供了一種磁性納米線的構(gòu)筑方法，上述構(gòu)筑方法包括：步驟s1，向任一種上述的磁性納米線器件的鐵磁電極層和/或上述磁性納米線器件的非磁性電極層上施加電壓，使上述鐵磁電極層與上述非磁性電極層之間具有正電勢(shì)差，進(jìn)而在上述磁性納米線器件中形成磁性納米線。

進(jìn)一步地，在上述步驟s1中，向上述鐵磁電極層施加正掃描電壓，使上述非磁性電極層接地。

進(jìn)一步地，上述鐵磁電極層的材料的原子為鐵磁原子，上述構(gòu)筑方法還包括：步驟s2，逐漸減小上述鐵磁電極層與上述非磁性電極層之間的正電勢(shì)差，使得上述磁性納米線的寬度逐漸減小，直到上述磁性納米線的最小寬度等于一個(gè)上述鐵磁原子的直徑。

進(jìn)一步地，在上述步驟s2中，向上述鐵磁電極層施加負(fù)掃描電壓，使上述非磁性電極層接地，且上述步驟s2中的負(fù)掃描電壓的掃描方式為逼近式負(fù)電壓掃描。

應(yīng)用本申請(qǐng)的技術(shù)方案，當(dāng)上述鐵磁電極層與上述非磁性電極層之間具有正電勢(shì)差時(shí)，鐵磁電極層中的鐵磁原子被氧化為離子，這些離子通過(guò)納米通孔擴(kuò)散到非磁性電極層，被還原為原子，然后原子沉積在非磁性電極層上，通過(guò)不斷地堆積，直到鐵磁電極層，形成了磁性納米線，并且由于原子阻擋層設(shè)置在絕緣層與鐵磁電極層之間，當(dāng)原子堆積到原子阻擋層時(shí)，只能通過(guò)納米通孔，不能在除了納米通孔之外的其他位置堆積，并且，通過(guò)調(diào)整納米孔的位置可以控制磁性納米線的位置，所以，本申請(qǐng)的磁性納米線器件可以有效精確地控制磁性納米線的寬度以及位置，實(shí)現(xiàn)了納米線的限域與穩(wěn)定。該磁性納米線器件實(shí)現(xiàn)了磁電耦合效應(yīng)，為研究新型多級(jí)存儲(chǔ)器件提供了載體。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一種典型的實(shí)施方式提供的磁性納米線器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了本申請(qǐng)的一種實(shí)施例提供的磁性納米線器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3示出了本申請(qǐng)的另一種實(shí)施例提供的磁性納米線器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4示出了圖2中的器件在施加v1時(shí)的工作狀態(tài)示意圖；

圖5示出了圖2中的器件在施加v2時(shí)的工作狀態(tài)示意圖；以及

圖6示出了圖2中的器件在施加v3時(shí)的工作狀態(tài)示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記：

1、襯底；2、種子層；3、第一電極層；4、絕緣層；5、原子阻擋層；6、第二電極層；01、原子；50、納米通孔。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法提供一種限域且穩(wěn)定存在的磁性納米線，為了解決如上的技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N磁性納米線器件、其制作方法與磁性納米線的構(gòu)筑方法。

本申請(qǐng)的一種典型的實(shí)施方式中，提供了一種磁性納米線器件，如圖1所示，該器件包括依次疊置設(shè)置的襯底1、第一電極層3、絕緣層4和第二電極層6，其中，上述第一電極層3與上述第二電極層6中的一個(gè)電極層為鐵磁電極層，另一個(gè)電極層為非磁性電極層，上述磁性納米線器件還包括設(shè)置在上述鐵磁電極層與上述絕緣層4之間的原子阻擋層5，上述原子阻擋層5包括納米通孔50。

當(dāng)上述鐵磁電極層與上述非磁性電極層之間具有正電勢(shì)差時(shí)，鐵磁電極層中的鐵磁原子被氧化為離子，這些離子通過(guò)納米通孔擴(kuò)散到非磁性電極層，被還原為原子，然后原子沉積在非磁性電極層上，通過(guò)不斷地堆積，直到鐵磁電極層，形成了磁性納米線，并且由于原子阻擋層設(shè)置在絕緣層與鐵磁電極層之間，當(dāng)原子堆積到原子阻擋層時(shí)，只能通過(guò)納米通孔，不能在除了納米通孔之外的其他位置堆積，并且，通過(guò)調(diào)整納米孔的位置可以控制磁性納米線的位置，所以，本申請(qǐng)的磁性納米線器件可以有效精確地控制磁性納米線的寬度以及位置，實(shí)現(xiàn)了納米線的限域與穩(wěn)定。該磁性納米線器件實(shí)現(xiàn)了磁電耦合效應(yīng)，為研究新型多級(jí)存儲(chǔ)器件提供了載體。

本申請(qǐng)中的鐵磁電極層的材料可以選擇現(xiàn)有技術(shù)中任何的鐵磁材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的材料形成鐵磁電極層。

本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述鐵磁電極層的材料選自fe、co與ni中的一種或多種。這些材料更易獲取，且其鐵磁性較好，能夠進(jìn)一步保證磁性納米線的良好構(gòu)筑。

為了進(jìn)一步保證良好的導(dǎo)電性能，本申請(qǐng)中的非磁性電極層的材料選自pt與ti中的一種或多種。

但是，本申請(qǐng)的非磁性電極層的材料并不限于上述的材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇現(xiàn)有技術(shù)中合適的材料形成非磁性電極層。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置合適的鐵磁電極層的厚度以及非磁性電極層的厚度。本申請(qǐng)的另一種實(shí)施例中，上述鐵磁電極層的厚度為30～50nm，這樣可以更好地保證磁性納米線器件具有較合適的擊穿電壓以及形成性能較好的磁性納米線。

為了進(jìn)一步保證形成較好的磁性納米線，本申請(qǐng)中的非磁性電極層的厚度為30～50nm。

本申請(qǐng)中的絕緣層的材料可以是現(xiàn)有技術(shù)中任何的絕緣材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的絕緣材料形成絕緣層。

為了進(jìn)一步保證絕緣層具有良好的絕緣性能，本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，絕緣層的材料選自tio2、tao5、hfo2、nio與zro2中的一種或多種。

并且，絕緣層的厚度過(guò)大，使得離子不容易擴(kuò)散，需要較大的驅(qū)動(dòng)電壓，絕緣層的厚度過(guò)小，則太容易被擊穿，為了進(jìn)一步保證磁性納米線器件具有合適的擊穿電壓與合適的驅(qū)動(dòng)電壓，本申請(qǐng)中的絕緣層的厚度為10～30nm。但是本申請(qǐng)中的絕緣層的厚度并不限于上述的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置合適的絕緣層的厚度。

本申請(qǐng)中的原子阻擋的材料可以選擇現(xiàn)有技術(shù)中任何能夠阻擋原子通過(guò)的材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的材料形成原子阻擋層。

本申請(qǐng)的再一種實(shí)施例中，上述原子阻擋層的材料選自石墨烯、二硫化鉬與五碲化鋯的一種或多種。

為了進(jìn)一步保證原子阻擋層對(duì)原子具有良好的阻擋作用，且使得原子阻擋層與其上下的接觸層具有良好的附著性，本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述原子阻擋層的材料為石墨烯。

為了進(jìn)一步保證原子阻擋層能夠較好地發(fā)揮作用且不影響磁性納米器件的其他性能，本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述原子阻擋層包括n個(gè)單原子層，其中，n為整數(shù)，且1≤n≤3。當(dāng)然，本申請(qǐng)的原子阻擋層的厚度并不限于上述的厚度范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置合適厚度的原子阻擋層。

為了更好地控制磁性納米線的寬度，本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述納米通孔的直徑在20～50nm之間。

并且，本申請(qǐng)中的原子阻擋層中納米通孔的位置可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)設(shè)置，該位置的設(shè)定可以控制磁性納米線的位置。本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，如圖1與圖2所示，上述納米通孔在與原子阻擋層接觸的鐵磁電極層表面上的投影位于該表面的中心區(qū)域，該中心區(qū)域包括該表面的幾何中心。

本申請(qǐng)的又一種實(shí)施例中，如圖2所示，上述磁性納米線器件還包括種子層2，種子層2設(shè)置在上述襯底1與上述第一電極層3之間。種子層的設(shè)置可以使得襯底與第一電極層之間的附著性更好，進(jìn)一步保證了器件的牢固性與可靠性。

為了進(jìn)一步提高襯底與第一電極層之間的附著性，本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述種子層的材料選自ti和/或cr。

當(dāng)然，種子層的材料并不限于上述的材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)實(shí)際情況選擇其他的材料形成種子層。

為了進(jìn)一步保證襯底與第一電極層之間的附著性，本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述種子層的厚度在5～10nm之間。

本申請(qǐng)中的襯底為平整、潔凈的絕緣襯底，其材料可以根據(jù)實(shí)際情況選擇，本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述襯底的材料選自sio2、si3n4與al2o3中的一種或多種。

本申請(qǐng)的另一種典型的實(shí)施方式中，提供了一種磁性納米線器件的制作方法，該制作方法包括：在襯底上依次疊置設(shè)置第一電極層、絕緣層、原子阻擋層和第二電極層，形成圖1或圖2所示的結(jié)構(gòu)，且上述第一電極層為非磁性電極層，上述第二電極層為鐵磁電極層，或者，在襯底上依次疊置設(shè)置第一電極層、原子阻擋層、絕緣層和第二電極層形成圖3所示的結(jié)構(gòu)，且上述第一電極層為鐵磁電極層，上述第二電極層為非磁性電極層。也就是說(shuō)，上述第一電極層與上述第二電極層中的一個(gè)電極層為鐵磁電極層，另一個(gè)電極層為非磁性電極層，上述磁性納米線器件還包括設(shè)置在上述鐵磁電極層與上述絕緣層之間的原子阻擋層。其中，上述原子阻擋層包括納米通孔。

上述的制作方法工藝較簡(jiǎn)單，大大簡(jiǎn)化了磁性納米線器件的制作工藝，降低了制作成本，提高了工藝穩(wěn)定性與制備效率，非常有利于本申請(qǐng)中的磁性納米線器件的廣泛推廣和應(yīng)用。

并且，該方法制備得到的磁性納米線器件由于具有包括納米通孔的原子阻擋層，可以對(duì)磁性納米線的寬度以及位置進(jìn)行有效精確的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了納米線的限域與穩(wěn)定。

本申請(qǐng)中的各個(gè)結(jié)構(gòu)層的制作方式可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的任何工藝，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的工藝制作各個(gè)結(jié)構(gòu)層，例如可以選擇沉積工藝，具體可以選擇沉積工藝中的任何一種合適的工藝。

本申請(qǐng)中的原子阻擋層可以通過(guò)直接轉(zhuǎn)移的方式設(shè)置，即事先通過(guò)氧等離子體刻蝕形成包括一個(gè)納米孔的原子阻擋層，然后將該原子阻擋層設(shè)置在第一電極層或者絕緣層的表面上。本申請(qǐng)的原子阻擋層還可以通過(guò)先將原子阻擋層設(shè)置在第一電極層或者絕緣層的表面上，然后，在通過(guò)氧等離子體刻蝕形成包括一個(gè)納米孔的原子阻擋層。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的形成包括一個(gè)納米孔的原子阻擋層。

本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，采用磁控濺射法、離子束濺射法或電子束蒸發(fā)法設(shè)置上述第一電極層和/或上述第二電極層。

上述的第一電極層與上述第二電極層可以采用相同的工藝形成，也可以采用不同的工藝形成，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的工藝形成第一電極層與第二電極層，并且，并不限于上述的三種工藝。

同樣地，為了形成性能更好的絕緣層，采用原子層沉積法、磁控濺射法或離子束濺射法設(shè)置上述絕緣層。

當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)實(shí)際情況選擇其他的合適的工藝，并不限于上述的三種工藝形成絕緣層。

本申請(qǐng)中的鐵磁電極層的材料可以選擇現(xiàn)有技術(shù)中任何的鐵磁材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的材料形成鐵磁電極層。

本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述鐵磁電極層的材料選自fe、co與ni中的一種或多種。這些材料更易獲取，且其鐵磁性較好，能夠進(jìn)一步保證磁性納米線的良好構(gòu)筑。

為了進(jìn)一步保證良好的導(dǎo)電性能，本申請(qǐng)中的非磁性電極層的材料選自pt與ti中的一種或多種。

但是，本申請(qǐng)的非磁性電極層的材料并不限于上述的材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇現(xiàn)有技術(shù)中合適的材料形成非磁性電極層。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置合適的鐵磁電極層的厚度以及非磁性電極層的厚度。本申請(qǐng)的另一種實(shí)施例中，上述鐵磁電極層的厚度為30～50nm，這樣可以更好地保證磁性納米線器件具有較合適的擊穿電壓以及形成性能較好的磁性納米線。

為了進(jìn)一步保證形成性能較好的磁性納米線，本申請(qǐng)中的非磁性電極層的厚度為30～50nm。

本申請(qǐng)中的絕緣層的材料可以是現(xiàn)有技術(shù)中任何的絕緣材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的絕緣材料形成絕緣層。

為了進(jìn)一步保證絕緣層具有良好的絕緣性能，本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，絕緣層4的材料選自tio2、tao5、hfo2、nio與zro2中的一種或多種。

并且，為了進(jìn)一步保證磁性納米線器件具有合適的擊穿電壓與合適的驅(qū)動(dòng)電壓，本申請(qǐng)中的絕緣層4的厚度為10～30nm。但是本申請(qǐng)中的絕緣層的厚度并不限于上述的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置合適的絕緣層的厚度。

本申請(qǐng)中的原子阻擋的材料可以選擇現(xiàn)有技術(shù)中任何能夠阻擋原子通過(guò)的材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的材料形成原子阻擋層。

本申請(qǐng)的再一種實(shí)施例中，上述原子阻擋層的材料選自石墨烯、二硫化鉬與五碲化鋯一種或多種。

為了進(jìn)一步保證原子阻擋層對(duì)原子具有良好的阻擋作用，且使得原子阻擋層與其上下的接觸層具有良好的附著性，本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述原子阻擋層的材料為石墨烯。

能夠較好地發(fā)揮作用且不影響磁性納米器件的其他性能，本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述原子阻擋層包括n個(gè)單原子層，其中，n為整數(shù)，且1≤n≤3。上述單原子層是指該原子層的厚度方向上僅包括一個(gè)原子的原子層，當(dāng)然，本申請(qǐng)的原子阻擋層的厚度并不限于上述的厚度范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置合適厚度的原子阻擋層。

為了更好地控制磁性納米線的寬度，本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述納米通孔的直徑在20～50nm之間。

并且，本申請(qǐng)中的原子阻擋層中納米通孔的位置可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)設(shè)置，該位置的設(shè)定可以控制磁性納米線的位置。本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，如圖1與圖2所示，上述納米通孔50在與原子阻擋層5接觸的鐵磁電極層(這兩個(gè)圖中均是第二電極層6)表面上的投影位于該表面的中心區(qū)域，該中心區(qū)域包括該表面的幾何中心。

本申請(qǐng)的又一種實(shí)施例中，如圖2所示，上述磁性納米線器件的制作方法還包括：在上述襯底上設(shè)置種子層，形成圖2所示的結(jié)構(gòu)，上述第一電極層3設(shè)置在上述種子層2的遠(yuǎn)離上述襯底1的表面上。種子層的設(shè)置可以使得襯底與第一電極層之間的附著性更好，進(jìn)一步保證了器件的牢固性與可靠性。

為了進(jìn)一步提高襯底與第一電極層之間的附著性，本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述種子層的材料選自ti和/或cr。

當(dāng)然，種子層的材料并不限于上述的材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)實(shí)際情況選擇其他的材料形成種子層。

為了進(jìn)一步保證襯底與第一電極層之間的附著性，本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述種子層的厚度在5～10nm之間。

本申請(qǐng)中的種子層的設(shè)置可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的任何一種可行的工藝形成，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的工藝方法形成種子層。

本申請(qǐng)中的一種實(shí)施例中，采用磁控濺射法、離子束濺射法或電子束蒸發(fā)法設(shè)置上述種子層，這樣可以保證種子層具有更好的粘附性。

本申請(qǐng)中的襯底為平整、潔凈的絕緣襯底，其材料可以根據(jù)實(shí)際情況選擇，本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述襯底的材料選自sio2、si3n4與al2o3中的一種或多種。

本申請(qǐng)的又一種典型的實(shí)施方式中，提供了一種磁性納米線的構(gòu)筑方法，該構(gòu)筑方法包括：步驟s1，向任一種上述的磁性納米線器件的鐵磁電極層和/或上述磁性納米線器件的非磁性電極層上施加電壓，使上述鐵磁電極層與上述非磁性電極層之間具有正電勢(shì)差，進(jìn)而在上述磁性納米線器件中形成圖4所示的磁性納米線。

上述的構(gòu)筑方法中，通過(guò)向上述磁性納米線器件的鐵磁電極層和/或上述磁性納米線器件的非磁性電極層上施加掃描電壓，使得鐵磁電極層的電勢(shì)高于非磁性電極層，鐵磁電極層中的鐵磁原子01被氧化為離子，這些離子通過(guò)納米通孔擴(kuò)散到非磁性電極層，被還原為原子01，然后原子01沉積在非磁性電極層上，隨著掃描電壓的不斷增大，原子01不斷地轉(zhuǎn)化為離子、被還原為原子01與沉積，直到沉積到鐵磁電極層的下表面，形成了如圖4所示的磁性納米線，并且由于原子阻擋層設(shè)置在絕緣層與鐵磁電極層之間，當(dāng)原子堆積到原子阻擋層時(shí)，只能通過(guò)納米通孔，不能在除了納米通孔之外的其他位置堆積，所以，使得形成的磁性納米線的寬度以及位置得到了有效精確的控制，實(shí)現(xiàn)了磁性納米線的限域與穩(wěn)定。

本申請(qǐng)中的施加掃描電壓的方式方法可以根據(jù)實(shí)際情況選擇，只要使得上述鐵磁電極層的電勢(shì)高于上述非磁性電極層的電勢(shì)即可。

為了簡(jiǎn)化施加電壓的方式，本申請(qǐng)中的一種實(shí)施例中，在上述步驟s1中，向上述鐵磁電極層施加正掃描電壓，使上述非磁性電極層接地。

本申請(qǐng)的另一種實(shí)施例中，上述步驟s1中的正掃描電壓為隨著時(shí)間等間隔增加、到達(dá)預(yù)定值后又等間隔減小的電壓。

為了構(gòu)筑磁性量子線，使得磁性納米線器件的存儲(chǔ)速度更快，能耗更低，本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述鐵磁電極層的材料的原子為鐵磁原子，上述構(gòu)筑方法還包括：步驟s2，逐漸減小上述鐵磁電極層與上述非磁性電極層之間的正電勢(shì)差，使得上述磁性納米線的寬度逐漸減小，直到上述磁性納米線的寬度等于一個(gè)鐵磁原子的直徑。

具體地，上述步驟s2中，可以采用任意一種可以逐漸減小上述鐵磁電極層與上述非磁性電極層之間的正電勢(shì)差的方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方式。

本申請(qǐng)的一種實(shí)施例中，上述步驟s2中，采用向上述鐵磁電極層施加負(fù)掃描電壓，使上述非磁性電極層接地，逐漸增大的負(fù)電壓使得上述鐵磁電極層與上述非磁性電極層之間的正電勢(shì)差逐漸減小，直到上述磁性納米線的最小寬度等于一個(gè)鐵磁原子的直徑，進(jìn)而構(gòu)筑出磁性量子線。

本申請(qǐng)的再一種實(shí)施例中，上述步驟s2中的負(fù)掃描電壓的掃描方式為逼近式電壓掃描，該掃描方式首先施加預(yù)定值較大的負(fù)掃描電壓，然后，再固定一個(gè)小的步長(zhǎng)，慢慢增加預(yù)定值，逐漸逼近器件電阻跳躍點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓，直到器件的電阻突變(變大)，形成具有原子接觸的磁性納米線停止加載電壓的一種方式。

例如，比如說(shuō)在-2v時(shí)，磁性納米線斷裂，那么，首先從0開(kāi)始先增加到-1.8v，也就是說(shuō)該掃描電壓的預(yù)定值為-1.8v；然后，設(shè)定預(yù)定值增加的步長(zhǎng)為-0.02v，即第二次掃描電壓的預(yù)定值為-1.82v(在第二次掃描之前，電壓增大到-1.8v后，又遞減到0)，電壓從0逐漸增大到-1.82v，逐漸增大掃描電壓的預(yù)定值，使得上述磁性納米線的寬度逐漸減小，讓磁性納米線中間連接的部分只剩下一列原子。預(yù)定值每增加一次都需要對(duì)器件進(jìn)行電壓由小到大的重新掃描，且重新掃描后又遞減為0。

為了使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更加清楚地了解本申請(qǐng)的技術(shù)方案，以下將結(jié)合具體的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本申請(qǐng)的技術(shù)方案。

實(shí)施例

磁性納米線的構(gòu)筑過(guò)程具體如下：

首先，形成磁性納米線器件。

利用電子束蒸發(fā)在絕緣襯底sio2上淀積一層ti金屬薄膜，厚度為10nm，形成種子層；然后，利用電子束蒸發(fā)在ti金屬薄膜上淀積一層pt電極層，厚度在30nm，形成第一電極層；利用磁控濺射法在pt電極層上淀積一層20nm厚的hfo2的絕緣層；接著在hfo2的絕緣層上轉(zhuǎn)移帶有納米孔的單層石墨烯作為原子阻擋層；再利用電子束蒸發(fā)在原子阻擋層上淀積50nm的fe作為第二電極層，形成磁性納米線器件。

其次，形成磁性納米線

向鐵磁電極層施加等間隔增大的正掃描電壓，非磁性電極層接地，形成圖4所示的磁性納米線，該正掃描電壓的最大值為v1。

最后，形成磁性量子線。

向鐵磁電極層施加逼近式負(fù)掃描電壓，非磁性電極層接地，當(dāng)負(fù)電壓逐漸增大時(shí)，絕緣層4中的磁性納米線的逐漸變化過(guò)程可參見(jiàn)圖4至圖6，隨著負(fù)壓的不斷增大，原子01轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子，并且，在電場(chǎng)的作用下逃離磁性納米線，進(jìn)而使得磁性納米線變細(xì)，圖5是施加負(fù)壓v2時(shí)對(duì)應(yīng)的器件的工作狀態(tài)示意圖。當(dāng)負(fù)電壓增大到一定值v3時(shí)，器件的i-v曲線中的電流突變，即電阻突然變大，磁性納米線的最終停止在單原子接觸的狀態(tài)，電導(dǎo)為量子化。由此獲得磁性量子線，如圖6所示。

上述構(gòu)筑方法構(gòu)筑出磁性量子線，實(shí)現(xiàn)了磁性納米線的限域與穩(wěn)定，使得磁性納米線器件的存儲(chǔ)速度更快，能耗更低。

從以上的描述中，可以看出，本申請(qǐng)上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

1、本申請(qǐng)的磁性納米線器件，當(dāng)上述鐵磁電極層與上述非磁性電極層之間具有正電勢(shì)差時(shí)，鐵磁電極層中的鐵磁原子被氧化為離子，這些離子通過(guò)納米通孔擴(kuò)散到非磁性電極層，被還原為原子，然后原子沉積在非磁性電極層上，通過(guò)不斷地堆積，直到鐵磁電極層，形成了磁性納米線，并且由于原子阻擋層設(shè)置在絕緣層與鐵磁電極層之間，當(dāng)原子堆積到原子阻擋層時(shí)，只能通過(guò)納米通孔，不能在除了納米通孔之外的其他位置堆積，并且，通過(guò)調(diào)整納米孔的位置可以控制磁性納米線的位置，所以，本申請(qǐng)的磁性納米線器件可以有效精確地控制磁性納米線的寬度以及位置，實(shí)現(xiàn)了納米線的限域與穩(wěn)定。該磁性納米線器件實(shí)現(xiàn)了磁電耦合效應(yīng)，為研究新型多級(jí)存儲(chǔ)器件提供了載體。

2、本申請(qǐng)的制作方法工藝較簡(jiǎn)單，大大簡(jiǎn)化了磁性納米線器件的制作工藝，降低了制作成本，提高了工藝穩(wěn)定性與制備效率，非常有利于本申請(qǐng)中的磁性納米線器件的廣泛推廣和應(yīng)用。該方法制備得到的磁性納米線器件由于具有包括納米通孔的原子阻擋層，可以對(duì)磁性納米線的寬度以及位置進(jìn)行有效精確的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了納米線的限域與穩(wěn)定。

以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。