【项目背景】

随着传统CMOS技术因物理极限面临功耗与延迟等挑战，自旋电子学利用电子自旋进行信息处理，为后摩尔时代集成电路提供了新路径。这类器件凭借超低功耗、非易失性和抗辐射等特性展现出巨大潜力，其存储技术已在航天等领域应用。然而，其在逻辑运算方面的效能尚待提升，是当前的研究重点。

全自旋逻辑器件直接利用自旋表征和处理信息，避免了传统技术对电荷的依赖，从而在理论层面具有超低功耗和超高集成度的先天优势。因此，它被视为突破现有瓶颈、延续集成电路发展的重要候选技术之一。

【解决方案】

本项目通过“原理设计-电路实现-性能验证”的研究路径，系统性地构建全自旋逻辑电路的设计方法与知识体系。首先，我们深入研究了全自旋逻辑器件的物理机制与电学模型，确立了以自旋转矩效应为核心、通过电压调控磁化状态翻转来实现逻辑运算的设计基础。在此基础上，团队创新性地将这一器件原理转化为可工程化设计的电路单元。其次，我们聚焦于基础逻辑功能的实现，完成了译码器、编码器、择少逻辑门及三输入奇偶校验器等多类电路结构的设计与仿真验证。这一系列工作系统地扩展了全自旋逻辑的电路单元库，验证了其实现复杂逻辑功能的可行性。最后，为确保设计的实用性与创新性得到保护，我们对核心电路结构进行了知识产权布局。整个解决方案不仅停留在仿真层面，更形成了从理论创新到设计实践，再到成果保护的完整闭环，为后续流片测试与系统集成提供了扎实的设计方案和技术储备。

【项目创新及优势】

本项目在器件层面实现了原理性创新，采用全自旋逻辑器件，利用电子自旋及纳磁体的磁化方向来表征、存储与传输信息，具备超低功耗、抗辐射、非易失性的内禀优势，且器件结构简单，具有高集成密度与持续缩微的潜力。

在应用层面，本项目电路展现出独特的竞争优势：与传统CMOS电路相比，其在复杂电磁环境下可靠性更高；与其他自旋电子器件相比，其实现了全自旋信息处理，简化了结构，进一步降低了功耗。在当前CMOS技术逼近物理极限的背景下，该器件在功耗、集成度等方面的优势使其成为后CMOS时代极具发展前景的技术路线之一。

【取得成果】

• 基于全自旋逻辑器件设计了译码器编码器、择少逻辑门、三输入奇偶校验器等电路结构；

• 获批了“基于磁电效应时钟控制方法的纳磁逻辑择多逻辑门电路”发明专利；

• 申请并公开了“基于磁电效应的自旋逻辑器件、可重构与门、异或门”发明专利；

• 第七届全球校园人工智能算法精英大赛省赛辽宁省二等奖；

• 第七届全球校园人工智能算法精英大赛半决赛全国三等奖。