专利摘要

专利摘要

本发明提供一种低温存储单元及存储器件，低温存储单元包括：自旋矩转移器件，自旋矩转移器件将写电流转化为自旋极化电流，并在自旋极化电流的作用下改变磁极化方向，以实现0和1的写入存储；纳米超导量子干涉器件，纳米超导量子干涉器件的接地端与自旋矩转移器件的接地端共地连接；纳米超导量子干涉器件在自旋矩转移器件磁极化方向改变的作用下发生磁通变化，从而在读电流信号偏置下实现超导态和非超导态的互相转变，实现0和1的读出。本发明的低温存储单元可以大幅降低自旋矩转移器件的电阻，从而降低低温存储单元的存储写入的功耗，读出信号与RSFQ电路信号可以达到完全兼容。

权利要求

1.一种低温存储单元，其特征在于，包括：

自旋矩转移器件，包括输入端及接地端，所述自旋矩转移器件的输入端用于输入写电流；所述自旋矩转移器件将所述写电流转化为自旋极化电流，并在所述自旋极化电流的作用下改变磁极化方向，以实现0和1的写入存储；

纳米超导量子干涉器件，包括输入输出端及接地端，所述纳米超导量子干涉器件的输入输出端用于输入读电流并输出读出信号，所述纳米超导量子干涉器件的接地端与所述自旋矩转移器件的接地端共地连接；所述纳米超导量子干涉器件在所述自旋矩转移器件磁极化方向改变的作用下发生磁通变化，从而在读电流偏置下实现超导态和非超导态的互相转变，实现0和1的读出。

2.根据权利要求1所述的低温存储单元，其特征在于，所述自旋矩转移器件包括：依次叠置的含磁固定层、金属层及磁自由层；所述含磁固定层用于将所述写入电流转换为自旋极化电流，所述磁自由层在所述自旋极化电流通过时改变磁极化方向，以实现0和1的写入存储。

3.根据权利要求1所述的低温存储单元，其特征在于，所述自旋矩转移器件的特征尺寸小于等于100nm，所述自旋矩转移器件的电阻包括1欧姆～10欧姆，所述纳米超导量子干涉器件的特征尺寸小于等于100nm。

4.一种低温存储单元，其特征在于，包括：

自旋矩转移器件，包括输入端及接地端，所述自旋矩转移器件的输入端作为所述低温存储单元的第一输入端，用于输入第一写电流；

纳米超导量子干涉器件，包括输入输出端及接地端，所述纳米超导量子干涉器件的输入输出端作为所述低温存储单元的输入输出端，用于输入第一读电流并输出读出信号；

电感线圈，包括输入端及接地端，所述电感线圈的输入端作为所述低温存储单元的第二输入端，用于输入第二写电流及第二读电流；所述电感线圈的接地端与所述自旋矩转移器件的接地端及所述纳米超导量子干涉器件的接地端共地连接，所述电感线圈的接地端、所述自旋矩转移器件的接地端及所述纳米超导量子干涉器件的接地端共同作为所述低温存储单元的接地端；

写操作时，所述电感线圈在所述第二写电流的作用下产生脉冲磁场，所述脉冲磁场耦合至所述自旋矩转移器件，所述自旋矩转移器件在所述第一写电流及所述脉冲磁场的共同作用下发生磁矩的翻转，以实现0和1的写入存储；

读操作时，所述电感线圈在所述第二读电流的作用下产生耦合至所述纳米超导量子干涉器件的磁通，所述纳米超导量子干涉器件在所述第一读电流、所述电感线圈在所述第二读电流的作用下产生耦合至所述纳米超导量子干涉器件的磁通及所述自旋矩转移器件的磁矩耦合至所述纳米超导量子干涉器件的磁通的作用下在超导态和正常态之间转换，以实现0和1的读出。

5.根据权利要求4所述的低温存储单元，其特征在于，所述自旋矩转移器件包括：依次叠置的含磁固定层、金属层及磁自由层；所述含磁固定层用于将所述第一写电流转换为自旋极化电流，所述磁自由层在所述自旋极化电流通过时改变磁极化方向，以实现0和1的写入存储。

6.根据权利要求4所述的低温存储单元，其特征在于，所述磁自由层的磁矩耦合至所述纳米超导量子干涉器件上产生的磁通为φ1＝αm，所述含磁固定层的磁矩耦合至所述纳米超导量子干涉器件上产生的磁通为φ2＝αm’，其中，m为所述磁自由层的磁矩，m’为所述含磁固定层的磁矩，α为所述自旋矩转移器件的磁矩耦合至所述纳米超导量子干涉器件上的耦合系数；所述第二读电流通过所述电感线圈耦合至所述纳米超导量子干涉器件上产生的磁通为φ3＝LMR×Iread_X，其中，LMR为所述电感线圈与所述纳米超导量子干涉器件之间的耦合系数，Iread_X为所述第二读电流；所述第一读电流临近所述纳米超导量子干涉器件的临界电流，所述读出信号呈周期性变化，所述读出信号周期性变化的一个周期记为一个磁通量子φ0；则所述纳米超导量子干涉器件在在满足如下条件时在超导态和正常态之间转换并实现0和1的读出：φ＝LMR×Iread_X+αm’＝φ0/2，且αm＞δφ；其中，φ为所述纳米超导量子干涉器件在在满足如下条件时在超导态和正常态之间转换的磁通变量；δφ为所述纳米超导量子干涉器件在在满足如下条件时在超导态和正常态之间转换的宽度。

7.根据权利要求4所述的低温存储单元，其特征在于，所述自旋矩转移器件的电阻包括1欧姆～10欧姆，所述纳米超导量子干涉器件的特征尺寸小于等于100nm。

8.一种存储器件，其特征在于，包括：

若干个如权利要求1至7中任一项所述的低温存储单元，若干个所述低温存储单元呈多行多列间隔排布；

数据写入RSFQ控制电路，将位于同一列的各所述低温存储单元的第一输入端依次串接；

地址编译RSFQ控制电路，将位于同一行的各所述低温存储单元的第二输入端依次串接；

数据读出RSFQ控制电路，将位于同一列的各所述低温存储单元的输入输出端依次串接；

各所述低温存储单元的接地端均接地。

9.根据权利要求8所述的存储器件，其特征在于，若干个所述低温存储单元呈N行M列间隔排布，所述数据写入RSFQ控制电路经由M条连线分别将各列中位于同一列的各所述低温存储单元的第一输入端依次串接，所述地址编译RSFQ控制电路经由N条连线分别将各行中位于同一行的各所述低温存储单元的第二输入端依次串接，所述数据读出RSFQ控制电路经由M条连线分别将各列中位于同一列的各所述低温存储单元的输入输出端依次串接；其中，M及N均为大于1的整数。

说明书

技术领域

本发明属于超导电子信息技术领域，涉及一种低温存储单元及存储器件。

背景技术

近年来，伴随着摩尔定律逐渐失效，计算机的发展进入了瓶颈阶段，单核中央处理器(CPU)的时钟频率停顿在4GHz左右，难以继续提高。与此同时，随着超级计算机的发展，大规模计算所消耗的电能也越来越庞大，能耗逐渐成为计算机进一步发展中的显著问题。基于超导材料的数字电路RSFQ(Rapid single flux quantum)采用脉冲宽度为皮秒量级的单磁通电压脉冲作为“0”和“1”信号，以约瑟夫森结(Josephson Junction，JJ)作为基本元件。RSFQ电路整体功耗为几个毫瓦，工作频率可以达到近100GHz，可满足高速度低功耗的高性能计算的需求。但是，目前由于RSFQ电路集成度有限，组成的存储器存储容量非常有限，无法满足冯诺依曼CPU架构下对指令和数据存储的需求。

根据高性能的超导CPU应用需求，相关存储器需要具备以下几大特征：大存储容量，高度写速度，低能耗，并且与RSFQ信号兼容。到目前为止，没有一款能够完全同时具备这几个特征的存储器。譬如，采用低温半导体存储器，由于半导体集成电路制造技术的成熟，可以实现大容量特征，受半导体材料的物理限制，很难满足高速度和低能耗的要求，尤其在能耗方面，为实现1V左右的特征电压，通常采用电阻值较大的器件。另外还需要较为复杂的RSFQ接口电路实现半导体集成电路的信号和RSFQ电路信号交换转换。其次，利用带约瑟夫森结的超导环来锁存磁通量子实现“0”和“1”存储的存储器件，同样面临超导电路集成度有限的问题，难以实现大容量存储。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温存储单元及存储器件，用于解决现有技术中的存储器件存在的存储容量小、写速度低、能耗高及与RSFQ信号无法兼容等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低温存储单元，所述低温存储单元包括：自旋矩转移器件，包括输入端及接地端，所述自旋矩转移器件的输入端用于输入写电流；所述自旋矩转移器件将所述写电流转化为自旋极化电流，并在所述自旋极化电流的作用下改变磁极化方向，以实现0和1的写入存储；纳米超导量子干涉器件，包括输入输出端及接地端，所述纳米超导量子干涉器件的输入输出端用于输入读电流并输出读出信号，所述纳米超导量子干涉器件的接地端与所述自旋矩转移器件的接地端共地连接；所述纳米超导量子干涉器件在所述自旋矩转移器件磁极化方向改变的作用下发生磁通变化，从而在读电流偏置下实现超导态和非超导态的互相转变，实现0和1的读出。

可选地，所述自旋矩转移器件包括：依次叠置的含磁固定层、金属层及磁自由层；所述含磁固定层用于将所述写入电流转换为自旋极化电流，所述磁自由层在所述自旋极化电流通过时改变磁极化方向，以实现0和1的写入存储。

可选地，所述自旋矩转移器件的特征尺寸小于等于100nm，所述自旋矩转移器件的电阻包括1欧姆～10欧姆，所述纳米超导量子干涉器件的特征尺寸小于等于100nm。

本发明还提供一种低温存储单元，所述低温存储单元包括：自旋矩转移器件，包括输入端及接地端，所述自旋矩转移器件的输入端作为所述低温存储单元的第一输入端，用于输入第一写电流；纳米超导量子干涉器件，包括输入输出端及接地端，所述纳米超导量子干涉器件的输入输出端作为所述低温存储单元的输入输出端，用于输入第一读电流并输出读出信号；电感线圈，包括输入端及接地端，所述电感线圈的输入端作为所述低温存储单元的第二输入端，用于输入第二写电流及第二读电流；所述电感线圈的接地端与所述自旋矩转移器件的接地端及所述纳米超导量子干涉器件的接地端共地连接，所述电感线圈的接地端、所述自旋矩转移器件的接地端及所述纳米超导量子干涉器件的接地端共同作为所述低温存储单元的接地端；写操作时，所述电感线圈在所述第二写电流的作用下产生脉冲磁场，所述脉冲磁场耦合至所述自旋矩转移器件，所述自旋矩转移器件在所述第一写电流及所述脉冲磁场的共同作用下发生磁矩的翻转，以实现0和1的写入存储；读操作时，所述电感线圈在所述第二读电流的作用下产生耦合至所述纳米超导量子干涉器件的磁通，所述纳米线超导量子干涉器件在所述第一读电流、所述电感线圈在所述第二读电流的作用下产生耦合至所述纳米超导量子干涉器件的磁通及所述自旋矩转移器件的磁矩耦合至所述纳米超导量子干涉器件的磁通的作用下在超导态和正常态之间转换，以实现0和1的读出。

可选地，所述自旋矩转移器件包括：依次叠置的含磁固定层、金属层及磁自由层；所述含磁固定层用于将所述第一写入电流转换为自旋极化电流，所述磁自由层在所述自旋极化电流通过时改变磁极化方向，以实现0和1的写入存储。

可选地，所述磁自由层的磁矩耦合至所述纳米超导量子干涉器件上产生的磁通为φ₁＝αm，所述含磁固定层的磁矩耦合至所述纳米超导量子干涉器件上产生的磁通为φ₂＝αm’，其中，m为所述磁自由层的磁矩，m’为所述含磁固定层的磁矩，α为所述自旋矩转移器件的磁矩耦合至所述纳米超导量子干涉器件上的耦合系数；所述第二读电流通过所述电感线圈耦合至所述纳米超导量子干涉器件上产生的磁通为φ₃＝LM_R×I_{read_X}，其中，LM_R为所述电感线圈与所述纳米超导量子干涉器件之间的耦合系数，I_{read_X}为所述第二读电流；所述第一读出电流临近所述纳米超导量子干涉器件的临界电流，所述读出信号呈周期性变化，所述读出信号周期性变化的一个周期记为一个磁通量子φ₀；则所述纳米超导量子干涉器件在在满足如下条件时在超导态和正常态之间转换并实现0和1的读出：φ＝LM_R×I_{read_X}+αm’＝φ₀/2，且αm＞δφ；其中，φ为所述纳米超导量子干涉器件在在满足如下条件时在超导态和正常态之间转换的磁通变量；δφ为所述纳米超导量子干涉器件在在满足如下条件时在超导态和正常态之间转换的宽度。

可选地，所述自旋矩转移器件的电阻包括1欧姆～10欧姆，所述纳米超导量子干涉器件的特征尺寸小于等于100nm。

本发明还提供一种存储器件，所述存储器件包括：

若干个如上述任一方案中所述的低温存储单元，若干个所述低温存储单元呈多行多列间隔排布；

数据写入RSFQ控制电路，将位于同一列的各所述低温存储单元的第一输入端依次串接；

地址编译RSFQ控制电路，将位于同一行的各所述低温存储单元的第二输入端依次串接；

数据读出RSFQ控制电路，将位于同一列的各所述低温存储单元的输入输出端依次串接；

各所述低温存储单元的接地端均接地。

可选地，若干个所述低温存储单元呈N行M列间隔排布，所述数据写入RSFQ控制电路经由M条连线分别将各列中位于同一列的各所述低温存储单元的第一输入端依次串接，所述地址编译RSFQ控制电路经由N条连线分别将各行中位于同一行的各所述低温存储单元的第二输入端依次串接，所述数据读出RSFQ控制电路经由M条连线分别将各列中位于同一列的各所述低温存储单元的输入输出端依次串接；其中，M及N均为大于1的整数。

如上所述，本发明的超导纳米线单光子探测器及其使用方法，具有以下有益效果：

本发明的低温存储单元采用纳米超导量子干涉器件读出磁矩变化，对自旋矩转移器件的电阻阻值无特殊要求，可以大幅降低自旋矩转移器件的电阻，从而降低低温存储单元的存储写入的功耗，提高低温存储单元的写速度；同时，采用纳米超导量子干涉器件来读出读出信号，读出信号与RSFQ电路信号可以达到完全兼容；

本发明的低温存储单元尺寸较小，可实现高密度集成，从而实现大容量的存储；

本发明的存储器件包括多个低温存储单元，集成密度高，可实现大容量的存储。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的低温存储单元的结构示意图。

图2显示为本发明实施例一中提供的低温存储单元中的自旋矩转移器件的截面结构示意图。

图3显示为本发明实施例二中提供的低温存储单元的结构示意图。

图4显示为本发明实施例三中提供的存储器件的结构示意图。

元件标号说明

1 低温存储单元

11 自旋矩转移器件

111 含磁固定层

112 金属层

113 磁自由层

12 纳米超导量子干涉器件

13 电感线圈

2 数据写入RSFQ控制电路

3 地址编译RSFQ控制电路

4 数据读出RSFQ控制电路

5 连线

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例一

请参阅图1，本发明提供一种低温存储单元1，所述低温存储单元1包括：自旋矩转移器件11，所述自旋矩转移器件11包括输入端及接地端，所述自旋矩转移器件11的输入端用于输入写电流I_write；所述自旋矩转移器件11将所述写电流I_write转化为自旋极化电流，并在所述自旋极化电流的作用下改变磁极化方向，以实现0和1的写入存储；纳米超导量子干涉器件(nano-SQUID)12，所述纳米超导量子干涉器件包括输入输出端及接地端，所述纳米超导量子干涉器件12的输入输出端用于输入读电流I_read并输出读出信号V_out，所述纳米超导量子干涉器件12的接地端与所述自旋矩转移器件11的接地端共地连接；所述纳米超导量子干涉器件12在所述自旋矩转移器件磁极化方向改变的作用下发生磁通变化，从而在读电流偏置下实现超导态和非超导态的互相转变，实现0和1的读出。

作为示例，请参阅图2，所述自旋矩转移器件11包括：依次叠置的含磁固定层111、金属层112及磁自由层113；所述含磁固定层111为硬铁磁层，所述含磁固定层111用于将所述写入电流I_write转换为自旋极化电流，所述磁自由层113为软铁磁层，所述磁自由层113在所述自旋极化电流通过时改变磁极化方向，以实现0和1的写入存储。具体的，所述含磁固定层111、所述金属层112及所述磁自由层113可以由下至上依次叠置。所述含磁固定层111、所述金属层112及所述磁自由层113的具体结构为本领域技术人员所知晓，此处不再累述。

所述自旋矩转移器件11的所需驱动电流在0.1mA(毫安)～0.2mA左右，现有技术中的半导体磁存储器(如MRAM)要维持一个半导体器件在1V左右的标准电压，并且有效读出电阻态阻值，需要在所述自旋矩转移器11上继续串联一个磁隧道结器件，以满足存储单元的电阻在10K(千)ohm(欧姆)左右的要求。而本申请中的所述低温存储单元1通过将所述自旋矩转移器件11与所述纳米超导量子干涉器件12共地连接，并由所述纳米超导量子干涉器件12读出所需的读出信号，对所述自旋矩转移器件11的电阻阻值无特殊要求，可以大幅降低所述自旋矩转移器件11的电阻(所述自旋矩转移器件11的电阻仅需1ohm～10ohm)，从而降低所述低温存储单元1的存储写入的功耗，提高所述低温存储单元1的写速度；通过将所述自旋矩转移器件11与所述纳米超导量子干涉器件12共地连接，并由所述纳米超导量子干涉器件12读出所需的读出信号，所述读出信号和RSFQ电路信号可以达到完全兼容；此外，从单元尺寸上来说，所述自旋矩转移器件11的特征尺寸小于等于100nm(优选地，本实施例汇总，所述自旋矩转移器件11的特征尺寸在100nm以下)，所述纳米超导量子干涉器件12的特征尺寸小于等于100nm(优选地，本实施例中，所述纳米超导量子干涉器件12的特征尺寸在100nm以下)，同时可采用100nm以下的所述纳米超导量子干涉器件12，整个所述低温存储单元1在100nm左右，通过将多个所述低温存储单元1配合使用，可以实现高密度集成，从而实现大容量的存储。

实施例二

请结合图1至图2参阅图3，本发明还提供一种低温存储单元1，所述低温存储单元1包括：自旋矩转移器件11，所述自旋矩转移器件11包括输入端WY及接地端，所述自旋矩转移器件11的输入端WY作为所述低温存储单元1的第一输入端，所述自旋矩转移器件11用于输入第一写电流I_{write_Y}；纳米超导量子干涉器件12，所述纳米超导量子干涉器件12包括输入输出端RY及接地端，所述纳米超导量子干涉器件12的输入输出端RY作为所述低温存储单元1的输入输出端，所述纳米超导量子干涉器件12的输入输出端RY用于输入第一读电流I_{read_Y}，并输出读出信号V_out；电感线圈13，所述电感线圈13包括输入端X及接地端，所述电感线圈13的输入端X作为所述低温存储单元1的第二输入端，所述电感线圈13的第二输入端X用于输入第二写电流I_{write_X}及第二读电流I_{read_X}；所述电感线圈13的接地端与所述自旋矩转移器件11的接地端及所述纳米超导量子干涉器件12的接地端共地连接，所述电感线圈13的接地端、所述自旋矩转移器件11的接地端及所述纳米超导量子干涉器件12的接地端共同作为所述低温存储单元1的接地端G；写操作时，所述电感线圈13在所述第二写电流I_{write_X}的作用下产生脉冲磁场，所述脉冲磁场耦合至所述自旋矩转移器件11，所述自旋矩转移器件11在所述第一写电流I_{write_X}及所述脉冲磁场的共同作用下发生磁矩的翻转，以实现0和1的写入存储；读操作时，所述电感线圈13在所述第二读电流I_{read_X}的作用下产生耦合至所述纳米超导量子干涉器件12的磁通，所述纳米线超导量子干涉器件12在所述第一读电流I_{read_Y}、所述电感线圈在所述第二读电流I_{read_X}的作用下产生耦合至所述纳米超导量子干涉器件12的磁通及所述自旋矩转移器件11的磁矩耦合至所述纳米超导量子干涉器件12的磁通的作用下在超导态和正常态之间转换，以实现0和1的读出。

作为示例，请参阅图2，所述自旋矩转移器件11包括：依次叠置的含磁固定层111、金属层112及磁自由层113；所述含磁固定层111为硬铁磁层，所述含磁固定层111用于将所述写入电流I_write转换为自旋极化电流，所述磁自由层113为软铁磁层，所述磁自由层113在所述自旋极化电流通过时改变磁极化方向，以实现0和1的写入存储。具体的，所述含磁固定层111、所述金属层112及所述磁自由层113可以由下至上依次叠置。所述含磁固定层111、所述金属层112及所述磁自由层113的具体结构为本领域技术人员所知晓，此处不再累述。

具体的，在所述自旋矩转移器件11输入端WY施加一个所述第一写电流I_{write_Y}的电流脉冲，同时在所述电感线圈13的输入端X施加一个所述第二写电流I_{write_X}，通过所述电感线圈13产生一个脉冲此处，所述脉冲磁场耦合到所述自旋矩转移器件11的所述磁自由层113时幅值大小为H＝LM_W×I_{write_X}，其中，LM_W为所述电感线圈13与所述磁自由层113的耦合系数，在所述第二写电流I_{write_X}与所述第一写电流I_{write_Y}的工作作用下，可以实现所述磁自由层113的磁矩在+m和–m之间翻转，以实现0和1的写入存储。在所述纳米超导量子干涉器件12的输入输出端RY给所述纳米超导量子干涉器件12施加一个所述第一读电流I_{read_Y}，当所述第一读电流I_{read_Y}接近(譬如，等于或近似等于)所述纳米超导量子干涉器件12的临界电流时，所述纳米超导量子干涉器件12会在磁通变化驱动下在超导态和正常态之间周期性的变化，表现为所述读出信号V_out会呈现周期性的调制变换，所述读出信号周期性变化的一个周期记为一个磁通量子φ₀；在操作时，所述磁自由层113的磁矩m耦合至所述纳米超导量子干涉器件12上产生的磁通为φ₁＝αm，其中，α为所述自旋矩转移器件11的磁矩耦合至所述纳米超导量子干涉器件12上的耦合系数，同时，所述含磁固定层111的磁矩m’耦合至所述纳米超导量子干涉器件12上产生的磁通为φ₂＝αm’；所述第二读电流I_{read_X}通过所述电感线圈13耦合至所述纳米超导量子干涉器件12上产生的磁通为φ₃＝LM_R×I_{read_X}，其中，LM_R为所述电感线圈13与所述纳米超导量子干涉器件12之间的耦合系数。当满足条件：φ＝LM_R×I_{read_X}+αm’＝φ₀/2，且αm＞δφ，所述磁自由层113在+m和-m之间转换，会驱使所述纳米超导量子干涉器件12在超导态和正常态之间转换，在所述纳米超导量子干涉器件12输入输出端RY产生读出信号V_out，以实现0和1的读出；其中，φ为所述纳米超导量子干涉器件12在在满足如下条件时在超导态和正常态之间转换的磁通变量；δφ为所述纳米超导量子干涉器件12在在满足如下条件时在超导态和正常态之间转换的宽度。

具体的，本实施例中所述的低温存储单元1可以简化为一个有四个端口(即第一输入端WY、第二输入端X、输入输出端RY及接地端G)的存储单元，按照读写脉冲序列，在所述第一输入端WY及所述第二输入端X输入电流脉冲可以实现0和1的写入存储，在所述第二输入端X及所述输入输出端RY同时输入电流脉冲，所述输入输出端RY可以实现0和1的读出。

所述自旋矩转移器件11的所需驱动电流在0.1mA(毫安)～0.2mA左右，现有技术中的半导体磁存储器(如MRAM)要维持一个半导体器件在1V左右的标准电压，并且有效读出电阻态阻值，需要在所述自旋矩转移器11上继续串联一个磁隧道结器件，以满足存储单元的电阻在10K(千)ohm(欧姆)左右的要求。而本申请中的所述低温存储单元1通过将所述自旋矩转移器件11与所述纳米超导量子干涉器件12及所述电感线圈13共地连接，并由所述纳米超导量子干涉器件12读出所需的读出信号，对所述自旋矩转移器件11的电阻阻值无特殊要求，可以大幅降低所述自旋矩转移器件11的电阻(所述自旋矩转移器件11的电阻仅需1ohm～10ohm)，从而降低所述低温存储单元1的存储写入的功耗，提高所述低温存储单元1的写速度；通过将所述自旋矩转移器件11与所述纳米超导量子干涉器件12共地连接，并由所述纳米超导量子干涉器件12读出所需的读出信号V_out，所述读出信号V_out和RSFQ电路信号可以达到完全兼容；此外，从单元尺寸上来说，所述纳米超导量子干涉器件12的特征尺寸小于等于100nm(优选地，本实施例中，所述纳米超导量子干涉器件12的特征尺寸在100nm以下)，同时可采用100nm以下的所述纳米超导量子干涉器件12，整个所述低温存储单元1在100nm左右，通过将多个所述低温存储单元1配合使用，可以实现高密度集成，从而实现大容量的存储。

实施例三

请结合图3参阅图4，本发明还提供一种存储器件，所述存储器件包括：若干个如实施例二中所述的低温存储单元1，若干个所述低温存储单元1呈多行多列间隔排布；数据写入RSFQ控制电路2，所述数据写入RSFQ控制电路2将位于同一列的各所述低温存储单元1的第一输入端WY依次串接；地址编译RSFQ控制电路3，所述地址编译RSFQ控制电路3将位于同一行的各所述低温存储单元1的第二输入端X依次串接；数据读出RSFQ控制电路4，所述数据读出RSFQ控制电路4将位于同一列的各所述低温存储单元1的输入输出端RY依次串接；各所述低温存储单元1的接地端G均接地。本发明的所述存储器件包括多个实施例二中所述的低温存储单元1，具有集成密度高及可实现大容量的存储的优点。

具体的，所述低温存储单元1的具体结构请参阅实施例二，此处不再累述。

作为示例，若干个所述低温存储单元1可以呈N行M列间隔排布，所述数据写入RSFQ控制电路2经由M条连线5分别将各列中位于同一列的各所述低温存储单元1的第一输入端WY依次串接，所述地址编译RSFQ控制电路3经由N条连线5分别将各行中位于同一行的各所述低温存储单元1的第二输入端X依次串接，所述数据读出RSFQ控制电路4经由M条连线5分别将各列中位于同一列的各所述低温存储单元1的输入输出端RY依次串接；其中，M及N均为大于1的整数。具体的，位于同一列的各所述低温存储器单元1的所述第一输入端WY经由同一根所述连线5与所述数据写入RSFQ控制电路2相连接，位于不同列的所述低温存储器单元1的所述第一输入端WY经由不同的所述连线5与所述数据写入RSFQ控制电路2相连接；位于同一行的各所述低温存储器单元1的所述第二输入端X经由同一根所述连线5与所述地址编译RSFQ控制电路相连接，位于不同行的所述低温存储器单元1的所述第二输入端X经由不同的所述连线5与所述数据地质编译RSFQ控制电路3相连接；位于同一列的各所述低温存储器单元1的所述输入输出端RY经由同一根所述连线5与所述数据读出RSFQ控制电路2相连接，位于不同列的所述低温存储器单元1的所述输入输出端RY经由不同的所述连线5与所述数据读出RSFQ控制电路2相连接。

需要说明的是，图4中所述数据写入RSFQ控制电路2输入的“数据”即为所述第一写电流I_{write_Y}；所述数据读出RSFQ控制电路4输入的“读出指令”即为所述第一读电流I_{read_Y}，所述数据读出电路RSFQ控制电路4输出的“数据”即为所述读出信号V_out；所述地址编译RSFQ控制电路3输入的“写入地址”即为所述第二写电流Iwrite_X，所述地址编译RSFQ控制电路3输入的“读出地址”即为所述第二读电流Iread_X。

综上所述，本发明提供一种低温存储单元及存储器件，所述低温存储单元包括：自旋矩转移器件，包括输入端及接地端，所述自旋矩转移器件的输入端用于输入写电流；所述自旋矩转移器件将所述写电流转化为自旋极化电流，并在所述自旋极化电流的作用下改变磁极化方向，以实现0和1的写入存储；纳米超导量子干涉器件，包括输入输出端及接地端，所述纳米超导量子干涉器件的输入输出端用于输入读电流并输出读出信号，所述纳米超导量子干涉器件的接地端与所述自旋矩转移器件的接地端共地连接；所述纳米超导量子干涉器件在所述自旋矩转移器件磁极化方向改变的作用下发生磁通变化，以在读电流偏置下实现超导态和非超导态的互相转变，从而实现0和1的读出。本发明的低温存储单元采用纳米超导量子干涉器件读出磁矩变化，对自旋矩转移器件的电阻阻值无特殊要求，可以大幅降低自旋矩转移器件的电阻，从而降低低温存储单元的存储写入的功耗，提高低温存储单元的写速度；同时，采用纳米超导量子干涉器件来读出读出信号，读出信号与RSFQ电路信号可以达到完全兼容；本发明的低温存储单元尺寸较小，可实现高密度集成，从而实现大容量的存储；本发明的存储器件包括多个低温存储单元，集成密度高，可实现大容量的存储。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

低温存储单元及存储器件专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。