💡这项突破是什么?
近日，我校理学院程斌教授课题组与合作者在自旋电子学领域取得重要进展，首次实现了读写对称的自旋存内计算器件，相关成果以“A programmable and cascadable pure spin-orbit torque logic device with symmetric read/write operations”为题发表在《Science Advances》上。
随着人工智能、物联网等技术的快速发展，传统计算架构面临“内存墙”和“功耗墙”的挑战。存内计算技术通过直接在存储单元中进行计算，有望突破上述瓶颈。自旋电子器件因其非易失性、高速度、低功耗等优点，被认为是实现存内计算的理想候选者之一。然而，现有的自旋存内计算器件通常读写操作不对称，且难以实现逻辑功能的动态重构和器件级联，限制了其在大规模复杂计算中的应用。
针对上述挑战，程斌教授课题组与新加坡国立大学Hyunsoo Yang教授课题组、中国科学院微电子研究所罗军研究员课题组合作，提出并实现了一种基于非正交电荷-自旋转换效应的可编程、可级联的纯自旋轨道矩逻辑器件（简称PASO器件）。该器件利用二维材料WTe2中的非正交电荷-自旋转换效应产生垂直方向的自旋流，实现了对铁磁层Fe3GeTe2磁矩的高效、对称写入；同时，通过反常霍尔效应实现对磁状态的读取，从而在同一器件中实现了对称的读写操作。
研究团队通过设计器件结构和输入信号序列，在单一PASO器件中实现了与非、或非、非三种基本逻辑运算功能，并且这些逻辑功能可以通过输入信号进行动态重构。更重要的是，该器件具有良好的可级联性。研究团队将多个PASO器件作为基本单元进行级联，成功实现了半加器等更复杂的存内逻辑计算功能，展示了其实现任意复杂逻辑计算的潜力。
该工作为开发超低功耗、可大规模集成的自旋计算器件提供了全新的思路，有望未来应用于高能效存内计算与类脑计算电路中。
图4：基于对称读写的可级联存内逻辑计算器件与电路。（A）左图：单一PASO逻辑器件示意图，其具有三个独立的电流输入端（IA、IB和Icontrol），用来实现磁状态的写入。右图：PASO逻辑器件的示意简图。（B）PASO器件的逻辑功能表（与非、非、或非）。（C）与非逻辑功能展示。定义IA、IB和Icontrol中施加向上（向下）的电流脉冲为输入逻辑1（0），定义反常霍尔电阻处于高（低）阻态时为输出逻辑1（0）。（D）或非逻辑功能展示。（E）非逻辑功能展示。（F）基于四个PASO逻辑器件的半加器电路示意图，每个器件单元的逻辑功能进行了标出。（G）半加器逻辑功能展示：两个输入逻辑均为1时的工作模式。左上图：每个单元控制端不同时间的输入状态；右上图：每个单元施加垂直电流（进行磁矩状态的读取）的工作状态；左下图：两个输入端IA、IB的工作状态；右下图：两个最终输出端的工作状态。
