تظهر المقاومة المغناطيسية للنفق الكبير عند درجة حرارة الغرفة في تقاطع نفق مغناطيسي مصغر

تقاطعات الأنفاق المغناطيسية (MTJs) ، التي تتكون من مغنطيسين حديديين مفصولة بمادة غير مغناطيسية ، توجد في مجموعة من التقنيات ، بما في ذلك ذكريات الوصول العشوائي المغناطيسية في محركات الأقراص الصلبة للكمبيوتر بالإضافة إلى المستشعرات المغناطيسية والأجهزة المنطقية والأقطاب الكهربائية في أجهزة spintronic. ومع ذلك ، فإن لديهم عيبًا كبيرًا ، وهو أنهم لا يعملون بشكل جيد عند تصغيرهم إلى أقل من 20 نانومتر. لقد دفع الباحثون في الصين الآن هذا الحد من خلال تطوير van der Waals MTJ استنادًا إلى مادة ديسلينيد التنجستن شبه الموصلة (WSe₂) طبقة مباعدة أقل من 10 نانومتر ، محصورة بين اثنين من الحديد المغنطيسي تيلورايد الغاليوم (Fe₃بوابة₂) الأقطاب الكهربائية. يحتوي الجهاز الجديد أيضًا على نفق كبير للمقاومة المغناطيسية (TMR) عند 300 كلفن ، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات الذاكرة.

"لم يتم الإبلاغ عن مثل هذا الحجم الكبير من TMR في MTJs فائقة النحافة في درجة حرارة الغرفة من قبل في جميع المركبات ثنائية الأبعاد لـ van der Waals (vdW) MTJ ،" كايو وانغ، الذي يدير مختبر مفتاح الدولة للشبكات الفائقة والبنى الدقيقة في معهد أشباه الموصلات ، الأكاديمية الصينية للعلوم ، بكين وهو أيضًا تابع لـ مركز علوم المواد وهندسة الإلكترونيات الضوئية بجامعة الأكاديمية الصينية للعلوم. "يفتح عملنا طريقًا واقعيًا وواعدًا للجيل التالي من الذكريات الإسبنتيكية غير المتطايرة التي تتجاوز الحالة الحالية للفن."

المغناطيسية المغناطيسية في درجة حرارة الغرفة

وانغ ، الذي قاد تطوير الجهاز الجديد مع هايشين تشانغ ل مختبر الدولة الرئيسي لمعالجة المواد وتقنية القوالب والقوالب في جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا و مركز ووهان الوطني للمجال المغناطيسي العالي، ينسب TMR الكبير إلى ميزتين. الأول هو الخصائص الجوهرية للحديد₃بوابة₂، وهي مغنطيسية فوق درجات حرارة الغرفة. "لقد بحثنا في المقاومة المغناطيسية لعدد من تقاطعات van der Waals المغناطيسية الحديدية / أشباه الموصلات لبضع سنوات كانت فيها درجة حرارة كوري (درجة الحرارة التي يفقد المغناطيس الدائم مغنطيسها مغناطيسيًا) للمغناطيس الحديدي أقل بكثير من درجة حرارة الغرفة ،" ملاحظات. "وجدنا مقاومة مغناطيسية كبيرة وحقن دوراني فعال لا يمكن تحقيقه إلا في سلوك النقل غير الخطي لتقاطعات المغناطيس الحديدي / أشباه الموصلات."

على عكس المواد التي درسها وانج وزملاؤه سابقًا ، فإن Fe₃بوابة₂ (التي اكتشفها الفريق مؤخرًا نسبيًا) لديها درجة حرارة كوري تزيد عن 380 كلفن ، كما أن تباينها المغناطيسي يمكن مقارنته (أو حتى أفضل من) CoFeB ، وهو مغناطيس حديدي مستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات السفلية. (على عكس المغناطيسات الحديدية ، حيث تكون اللحظات المغناطيسية المجاورة موازية لبعضها البعض ، في المغناطيسات الحديدية تكون اللحظات معاكسة للتوازي ولكنها غير متكافئة في الحجم ، مما ينتج عنه مغناطيسية تلقائية متبقية.) والأهم من ذلك ، الحديد₃بوابة₂ يحتوي كل من CoFeB على أسطح Fermi شديدة الاستقطاب (الحدود بين حالات طاقة الإلكترون المشغولة وغير المشغولة التي تحدد العديد من خصائص المعادن وأشباه الموصلات) ، وهو ما يعني بالنسبة لـ CoFeB أن مصادر الإلكترون المستقطبة الدورانية الكبيرة التي تعمل في درجة حرارة الغرفة يمكن أن تصنع منها .

فاصل أفضل وتصميم الجهاز

يقول وانج إن العامل الثاني في نجاح الجهاز الجديد هو الجودة العالية لـ WSe₂ حاجز. "اكتشفنا أن استخدام Fe₃بوابة₂ لا يكفي بمفرده ويمكننا فقط تحقيق مقاومة مغناطيسية صغيرة لدرجة حرارة الغرفة (حوالي 0.3٪) في نوع واحد من الصمامات الدوارة بالكامل vdW باستخدام MoS₂ spacer "، يشرح. "لقد أدركنا أننا بحاجة إلى فاصل وتصميم أفضل للجهاز يسمح بنفق الإلكترون بكفاءة عالية."

تعمل المغناطيسات الحديدية على تسريع ذكريات مضمار السباق

يقول وانج إن عمل الفريق يؤكد أنه يمكن تحقيق TMRs كبيرة جدًا في درجة حرارة الغرفة في جميع الهياكل غير المتجانسة ، والتي يصفها بأنها خطوة حاسمة نحو تطبيقات الإلكترونيات السفلية ثنائية الأبعاد. "علاوة على ذلك ، فإن حقن السبين عالي الكفاءة في أشباه الموصلات يمكن أن يسمح لنا بالتحقيق في فيزياء الدوران لأشباه الموصلات وتطوير مفهوم جديد لأجهزة سبينترونيك لأشباه الموصلات" ، كما يقول.

وبدافع من نتائجهم ، ينشغل الباحثون الآن في تعديل سمك طبقة المباعد في محاولة لزيادة TMR. أحد السبل الواعدة التي يستكشفونها هو استخدام زرنيخيد الغاليوم ذو فجوة الحزمة العريضة (GaSe) أو نيتريد البورون السداسي العازل (hBN) كمادة مباعدة.

هم بالتفصيل دراستهم الحالية في رسائل الفيزياء الصينية.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/