Библиотека элементов на основе SPICE-модели спин-вентильной структуры
Бардушкин А.В., Селина К.А., Юсипова Ю.А.
Email: selina@alphachip.ru
Поступила в редакцию: 8 июня 2026 г.
В окончательной редакции: 8 июня 2026 г.
Принята к печати: 8 июня 2026 г.
Выставление онлайн: 14 июля 2026 г.
Разработана схемотехническая модель спинового вентиля, управляемого спин-поляризованным током и магнитным полем произвольного направления с возможностью выбора формы его поперечного сечения. После верификации и анализа полученных результатов данные численных экспериментов показали 99 % согласие с полученными ранее бифуркационными диаграммами, характеризующими динамику рассматриваемой системы. На основе разработанной модели создана библиотека элементов, состоящая из переменного резистора с дискретным управлением, бистабильного датчика магнитного поля, аналогового датчика величины магнитного поля, ячейки магниторезистивной памяти (MRAM) и стохастического нейрона (p-bit). Проведенная валидация элементов библиотеки показала ее совместимость с коммерческими SPICE-симуляторами и готовность к интеграции в существующую схемотехническую базу при проектировании устройств спинтроники. В результате расчетов определены параметры элементов для широкого круга материалов, и выявлены наиболее подходящие из них для практического применения. Ключевые слова: спиновый вентиль, SPICE-модель, бистабильный датчик магнитного поля, аналоговый датчик магнитного поля, переменный резистор, MRAM, стохастический нейрон.
- Iu.A. Iusipova, A.I. Popov. Semiconductors, 55 (13), 1008 (2021)
- J.J. Nowak, R.P. Robertazzi, J.Z. Sun, G. Hu, J.-H. Park, J. Lee, A.J. Annunziata, G.P. Lauer, R. Kothandaraman, E.J. O'Sullivan, Ph.L. Trouilloud, Yo. Kim, D.C. Worledge. IEEE Magn. Lett., 7, 3102604-1 (2016)
- A. Lopez, D. Costa, T. Bohnert, P.P. Freitas, R. Ferreira, I. Barbero, J. Camarero, C. Leon, J. Grollier, M. Romera. Phys. Rev. Appl., 22 (1), Art. No. 014082 (2024)
- Ch.Y. You. J. Magnetics, 14 (4), 168 (2009)
- E.Y. Tsymbal, I. v Zutic. Handbook of spin transport and magnetism (Boca Raton: CRC Press, Taylor \& Francis Group, 2012)
- M. Ved, Y. Danilov, P. Demina, M. Dorokhin, Y. Dudin, V. Kotomina, A. Kudrin, Y. Kuznetsov, A. Zdoroveyshchev, D. Zdoroveyshchev. Appl. Phys. Lett., 118 (9), 092402 (2021)
- G.D. Demin, K.A. Zvezdin, A.F. Popkov. Adv. Condens. Matter Phys., 2019, 5109765 (2019)
- G. Panagopoulos, C. Augustine, K. Roy. Proc. Design, Automation Test Europe (DATE), 2012, 1443 (2012)
- G.E.W. Bauer, Y. Tserkovnyak, D. Huertas-Hernando, A. Brataas. Phys. Rev. B, 67 (9), 094421 (2003)
- J. Kim, A. Chen, B. Behin-Aein, S. Kumar, J.-P. Wang, C.H. Kim. A technology-agnostic MTJ SPICE model with user-defined dimensions for STT-MRAM scalability studies. IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC), 2015, р. 1-4. DOI: 10.1109/CICC.2015.7338407
- J.Z. Sun. IBM J. Research and Development, 50 (1), 81 (2006)
- N.V. Ostrovskaya, Iu.A. Iusipova. Phys. Metals Metallography, 120 (13), 1291 (2019)
- N.F. Mott. Adv. Phys., 13, 325 (1964)
- R.R. Katti. Proceed. IEEE, 91, 687 (2003)
- C. Chappert, A. Fert, F. Nguyen Van Dau. Nature Mater., 6, 813 (2007)
- J.A. Osborn. Phys. Rev., 67 (11-12), 351 (1945)
- N. Ostrovskaya, V. Skidanov. Field-like torque-component influence on the magnetization dynamics in the three-layered nanostructure (МЭС-2020, ИППМ РАН, 2020), с. 127-132
- А.К. Звездин, К.А. Звездин, А.В. Хвальковский. УФН, 178 (4), 436 (2008)
- Iu.A. Iusipova. Bull. Russ. Academy Sci.: Physics, 89 (4), 533 (2025)
- Электронный ресурс. Cadence Spectre Circuit Simulator Reference. Версия 23.1. URL: https://www.cadence.com/ (дата обращения: 03.03.2026)
- R. Skomski. Simple Models of Magnetism (Oxford University Press, NY., 2008)
- T. Kawai, Yu. Asai, M. Ohtake, S. Takeda, M. Futamoto. EPJ Web of Conf., 40, 13001 (2013)
- J.S. Moodera, T.H. Kim, C. Tanaka, C.H. De Groot. Philosophical Magazine B, 80 (2), 195 (2000)
- И.С. Григорьев, Е.З. Мейлихов (ред.). Физические величины: справочник (Энергоатомиздат, М., 1991)
- S.X. Huang, T.Y. Chen, C.L. Chien. Appl. Phys. Lett., 92, 242509 (2008)
- M.-H. Nguyen, Ch.-F. Pai, K.X. Nguyen, D.A. Muller, D.C. Ralph, R.A. Buhrman. Appl. Phys. Lett., 106 (22), 222402 (2015)
- S. Ikeda, K. Miura, H. Yamamoto, K. Mizunuma, H. Gan, M. Endo, Sh. Kanai, J. Hayakawa, F. Matsukura, H. Ohno. Nature Mater., 9 (9), 721 (2010)
- C. Kaiser, S.S. Parkin. Magnetoresistive device based on spin injection (United States Patent N US7230265B2, 2007), 10 p
- C. Papusoi, T. Le, C.C.H. Lo, C. Kaiser, M. Desai, R. Acharya. J. Phys. D: Appl. Phys., 51 (32), 325002 (2018)
- T. Kawai, A. Itabashi, M. Ohtake, S. Takeda, M. Futamoto. Gilbert damping constant of FePd alloy thin films estimated by broadband ferromagnetic resonance (EPJ Web of Conferences 75, 02002, 2014)
- K.M. Seemann, M.C. Hickey, V. Baltz, B.J. Hickey, C.H. Marrows. New J. Phys., 12, 033033 (2010)
- T. Seki, S. Mitani, K. Yakushiji, K. Takanashi. Appl. Phys. Lett., 88, 172504 (2006)
- M. Ogiwara, S. Iihama, T. Seki, T. Kojima, Sh. Mizukami, M. Mizuguchi, K. Takanashi. Appl. Phys. Lett., 103, 242409 (2013)
- K.Y. Guslienko, G.R. Aranda, J. Gonzalez. J. Phys.: Conf. Ser., 292, 012006 (2011)
- V.G. Subramanian, D. Subbulekshmi. Current Nanoscience, 20 (4), 447 (2023)
- Z. Yang, Y. Jiang. J. Low Power Electron. Applications, 14 (3), 43 (2024)
- Электронный ресурс. Analog IC Design SPICE Models URL: https://analogicdesign.com/students/netlists-models/model-files/ (дата обращения: 03.05.2026)
- G.D. Demin, E.E. Gusev, A.F. Popkov, P.A. Stepanov, N.A. Djuzhev. Compact HSPICE model of magnetic tunnel junction based on voltage-driven spin-transfer torque. (Proceed. 2016 Intern. Siberian Conf. Control Communications (SIBCON), 2016), р. 1-4.
© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук