山东大学物理学院自旋电子学团队通过有效调控面内和面外交换偏置效应，成功构建可控的自旋轨道矩多态存储和自旋逻辑单元，相关研究成果以“Programmable spin-orbit torque multistate memory and spin logic cell”为题发表在《ACS Nano》期刊上。

类脑的“存算一体”技术使用同一个基本单元进行逻辑计算和信息存储，有望大幅降低信息存储与处理的功耗。利用自旋轨道矩诱发的磁化翻转在构建低功耗“存算一体”器件方面有巨大的潜力。尽管先前的研究在零磁场下自旋轨道矩诱导的磁化翻转和利用自旋轨道矩实现逻辑运算方面都取得了可喜的进展，但如何获得适用于大规模集成、可调控且能用于存储与逻辑运算的结构单元仍然是一个巨大的挑战。主要困难在于通常的存储或逻辑器件一旦制备好，其功能就难以随意改变。

为了获得能适用于大规模集成、可控的逻辑与存储结构单元，我院自旋电子学团队构建了IrMn/Co/Ru/CoPt/CoO磁性异质结。在IrMn/Co/Ru/CoPt/CoO磁性异质结中通过控制施加的磁场和电流脉冲，可以同时调控IrMn/Co界面的面内交换偏置和CoPt/CoO界面的面外交换偏置，进而将磁性异质结可控的设定到4种交换偏置组合构型中的任一种。并在此基础上，演示了十态非易失存储和多种自旋逻辑运算功能。这充分证明IrMn/Co/Ru/CoPt/CoO磁性异质结具有多态存储和自旋逻辑功能，是构建新型“存算一体”器件的理想载体，为多功能自旋电子器件研发提供了新的途径。

2020级博士生范轶博为文章第一作者，文章的合作者还有博士生韩翔、赵晓楠、董亚男、陈延学教授和柏利慧教授，颜世申教授和田玉峰教授为共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金重大基础研究和“111计划”项目的资助。