Μεγάλη μαγνητική αντίσταση σήραγγας εμφανίζεται σε θερμοκρασία δωματίου σε μια μικροσκοπική διασταύρωση μαγνητικής σήραγγας

Οι διασταυρώσεις μαγνητικής σήραγγας (MTJ), οι οποίες αποτελούνται από δύο σιδηρομαγνήτες που χωρίζονται από ένα μη μαγνητικό υλικό φραγμού, βρίσκονται σε μια σειρά από τεχνολογίες, συμπεριλαμβανομένων μαγνητικών μνημών τυχαίας πρόσβασης σε μονάδες σκληρού δίσκου υπολογιστών καθώς και μαγνητικών αισθητήρων, λογικών συσκευών και ηλεκτροδίων σε συσκευές spintronic. Ωστόσο, έχουν ένα σημαντικό μειονέκτημα, το οποίο είναι ότι δεν λειτουργούν καλά όταν είναι μικροσκοπικά κάτω από 20 nm. Ερευνητές στην Κίνα έχουν τώρα ωθήσει αυτό το όριο αναπτύσσοντας ένα van der Waals MTJ που βασίζεται σε ένα ημιαγώγιμο δισελενίδιο βολφραμίου (WSe₂) διαχωριστικό στρώμα πάχους μικρότερου από 10 nm, τοποθετημένο μεταξύ δύο σιδηρομαγνητικών τελλουριδίου του γαλλίου (Fe₃Πύλη₂) ηλεκτρόδια. Η νέα συσκευή διαθέτει επίσης μεγάλη μαγνητική αντίσταση σήραγγας (TMR) στα 300 K, καθιστώντας την κατάλληλη για εφαρμογές μνήμης.

«Τόσο μεγάλο TMR σε εξαιρετικά λεπτά MTJ σε θερμοκρασία δωματίου δεν έχει αναφερθεί ποτέ πριν σε όλα τα δισδιάστατα van der Waals (vdW) MTJ», λέει. Kaiyou Wang, που διευθύνει το Κρατικό Εργαστήριο Κλειδιών για Υπερπλέγματα και Μικροδομές στο Ινστιτούτο Ημιαγωγών, Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, Πεκίνο και είναι επίσης συνδεδεμένη με την Κέντρο Επιστήμης Υλικών και Μηχανικής Οπτοηλεκτρονικής στο Πανεπιστήμιο της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών. «Η δουλειά μας ανοίγει μια ρεαλιστική και πολλά υποσχόμενη διαδρομή για μη ασταθείς σπιντρονικές μνήμες επόμενης γενιάς πέρα ​​από την τρέχουσα κατάσταση της τέχνης».

Σιδηρομαγνητισμός θερμοκρασίας δωματίου

Wang, ο οποίος ηγήθηκε της ανάπτυξης της νέας συσκευής μαζί με Haixin Chang του Κρατικό Εργαστήριο Επεξεργασίας Υλικών και Τεχνολογίας Καλουπιών & Καλουπιών στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Huazhong και την Εθνικό Κέντρο Υψηλού Μαγνητικού Πεδίου της Γουχάν, αποδίδει το μεγάλο TMR του σε δύο χαρακτηριστικά. Το πρώτο είναι οι εγγενείς ιδιότητες του Fe₃Πύλη₂, το οποίο είναι σιδηρομαγνητικό πάνω από τις θερμοκρασίες δωματίου. «Έχουμε ερευνήσει τη μαγνητοαντίσταση ενός αριθμού συνδέσεων σιδηρομαγνήτη/ημιαγωγών van der Waals για αρκετά χρόνια, όπου η θερμοκρασία Curie (η θερμοκρασία πάνω από την οποία ένας μόνιμος μαγνήτης χάνει τον μαγνητισμό του) του σιδηρομαγνήτη είναι πολύ χαμηλότερη από τη θερμοκρασία δωματίου. σημειώσεις. «Βρήκαμε ότι η μεγάλη μαγνητοαντίσταση και η αποτελεσματική έγχυση περιστροφής μπορούν να επιτευχθούν μόνο σε μη γραμμική συμπεριφορά μεταφοράς συνδέσεων σιδηρομαγνήτη/ημιαγωγών».

Σε αντίθεση με τα υλικά που ερεύνησαν προηγουμένως ο Wang και οι συνεργάτες του, ο Fe₃Πύλη₂ (την οποία η ομάδα ανακάλυψε σχετικά πρόσφατα) έχει θερμοκρασία Κιουρί μεγαλύτερη από 380 Κ. Η μαγνητική του ανισοτροπία είναι επίσης συγκρίσιμη (ή ακόμα καλύτερη από) με αυτή του CoFeB, ενός σιδηρομαγνήτη που χρησιμοποιείται ευρέως στη σπιντρονική. (Σε αντίθεση με τους σιδηρομαγνήτες, όπου οι γειτονικές μαγνητικές ροπές είναι παράλληλες μεταξύ τους, στους σιδηρομαγνήτες οι ροπές είναι αντιπαράλληλες αλλά άνισες σε μέγεθος, παράγοντας έναν υπολειπόμενο αυθόρμητο μαγνητισμό.) Είναι σημαντικό, Fe₃Πύλη₂ και το CoFeB και οι δύο έχουν πολύ πολωμένες επιφάνειες Fermi (το όριο μεταξύ κατειλημμένων και μη κατειλημμένων ενεργειακών καταστάσεων ηλεκτρονίων που καθορίζει πολλές από τις ιδιότητες των μετάλλων και των ημιαγωγών), που για το CoFeB σημαίνει ότι μεγάλες πηγές ηλεκτρονίων με πολώσεις σπιν που λειτουργούν σε θερμοκρασία δωματίου μπορούν να κατασκευαστούν από αυτό .

Καλύτερος σχεδιασμός αποστάτη και συσκευής

Ο δεύτερος παράγοντας στην επιτυχία της νέας συσκευής, λέει ο Wang, είναι η υψηλή ποιότητα του WSe₂ εμπόδιο. «Ανακαλύψαμε ότι χρησιμοποιώντας Fe₃Πύλη₂ από μόνο του δεν είναι αρκετό και ότι θα μπορούσαμε να επιτύχουμε μόνο μια μικρή μαγνητοαντίσταση σε θερμοκρασία δωματίου (περίπου 0.3%) σε έναν τύπο βαλβίδων περιστροφής all-vdW χρησιμοποιώντας ένα MoS₂ spacer», εξηγεί. «Συνειδητοποιήσαμε ότι χρειαζόμασταν έναν πολύ καλύτερο σχεδιασμό αποστάτη και συσκευής που επέτρεπε την εξαιρετικά αποτελεσματική διοχέτευση ηλεκτρονίων».

Οι φερριμαγνήτες επιταχύνουν τις μνήμες της πίστας

Ο Wang λέει ότι η εργασία της ομάδας επιβεβαιώνει ότι πολύ μεγάλα TMR μπορούν να επιτευχθούν σε θερμοκρασία δωματίου σε ετεροδομές all-vdW, κάτι που περιγράφει ως ένα κρίσιμο βήμα προς τις εφαρμογές 2D spintronics. «Πέρα από αυτό, η εξαιρετικά αποτελεσματική έγχυση περιστροφής σε ημιαγωγούς θα μπορούσε να μας επιτρέψει να διερευνήσουμε τη φυσική περιστροφής ημιαγωγών και να αναπτύξουμε νέες ιδέες σπιντρονικών συσκευών ημιαγωγών», λέει.

Παρακινημένοι από τα αποτελέσματά τους, οι ερευνητές είναι τώρα απασχολημένοι με την προσαρμογή του πάχους του διαχωριστικού στρώματος σε μια προσπάθεια να αυξήσουν περαιτέρω το TMR. Μια πολλά υποσχόμενη οδός που εξερευνούν είναι η χρήση του ημιαγωγού ευρείας ζώνης αρσενίδιο του γαλλίου (GaSe) ή του μονωτικού εξαγωνικού νιτριδίου του βορίου (hBN) ως διαχωριστικό υλικό.

Αναλυτικά η παρούσα μελέτη τους στο Κινεζικά γράμματα φυσικής.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/