La magnetorresistencia de túnel grande aparece a temperatura ambiente en una unión de túnel magnético miniaturizado

Las uniones de túnel magnético (MTJ), que consisten en dos ferroimanes separados por un material de barrera no magnético, se encuentran en una gran cantidad de tecnologías, incluidas las memorias magnéticas de acceso aleatorio en las unidades de disco duro de la computadora, así como sensores magnéticos, dispositivos lógicos y electrodos. en dispositivos espintrónicos. Sin embargo, tienen un inconveniente importante, que es que no funcionan bien cuando se miniaturizan por debajo de 20 nm. Investigadores en China ahora han superado este límite al desarrollar un MTJ de van der Waals basado en un diseleniuro de tungsteno semiconductor (WSe₂) capa espaciadora de menos de 10 nm de espesor, intercalada entre dos telururo de galio de hierro ferromagnético (Fe₃Portón₂) electrodos. El nuevo dispositivo también tiene una gran magnetorresistencia de túnel (TMR) a 300 K, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de memoria.

"Nunca antes se había informado una TMR tan grande en MTJ ultradelgados a temperatura ambiente en MTJ de van der Waals (vdW) totalmente bidimensionales", dice kaiyou wang, quien dirige la Laboratorio Estatal Clave de Superredes y Microestructuras en el Instituto de Semiconductores, Academia de Ciencias de China, Beijing y también está afiliado a la Centro de Ciencia de Materiales e Ingeniería Optoelectrónica de la Universidad de la Academia de Ciencias de China. "Nuestro trabajo abre una ruta realista y prometedora para las memorias espintrónicas no volátiles de próxima generación más allá del estado actual de la técnica".

Ferromagnetismo a temperatura ambiente

Wang, quien dirigió el desarrollo del nuevo dispositivo junto con haixin chang de las Laboratorio estatal clave de procesamiento de materiales y tecnología de troqueles y moldes en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong y del Centro Nacional de Alto Campo Magnético de Wuhan, atribuye su gran TMR a dos características. El primero son las propiedades intrínsecas del Fe.₃Portón₂, que es ferromagnético por encima de la temperatura ambiente. “Hemos investigado la magnetorresistencia de una serie de uniones de ferromagnéticos/semiconductores de van der Waals durante bastantes años en los que la temperatura de Curie (la temperatura por encima de la cual un imán permanente pierde su magnetismo) del ferromagnético está muy por debajo de la temperatura ambiente”, dijo. notas "Descubrimos que una gran magnetorresistencia y una inyección de espín eficiente solo se pueden lograr en el comportamiento de transporte no lineal de las uniones ferromagnéticas/semiconductoras".

En contraste con los materiales que Wang y sus colegas investigaron previamente, Fe₃Portón₂ (que el equipo descubrió hace relativamente poco) tiene una temperatura de Curie de más de 380 K. Su anisotropía magnética también es comparable (o incluso mejor) que la de CoFeB, un ferrimagneto ampliamente empleado en espintrónica. (A diferencia de los ferroimanes, donde los momentos magnéticos vecinos son paralelos entre sí, en los ferriimanes los momentos son antiparalelos pero de magnitud desigual, lo que produce un magnetismo espontáneo residual).₃Portón₂ y CoFeB tienen superficies de Fermi altamente polarizadas (el límite entre los estados de energía de electrones ocupados y desocupados que define muchas de las propiedades de los metales y semiconductores), lo que para CoFeB ha significado que se pueden hacer grandes fuentes de electrones polarizados por espín que operan a temperatura ambiente. .

Un mejor diseño de espaciador y dispositivo

El segundo factor en el éxito del nuevo dispositivo, dice Wang, es la alta calidad del WSe.₂ barrera. “Descubrimos que usando Fe₃Portón₂ por sí solo no es suficiente y que solo pudimos lograr una pequeña magnetorresistencia a temperatura ambiente (de alrededor del 0.3%) en un tipo de válvulas giratorias totalmente vdW utilizando un MoS₂ espaciador”, explica. "Nos dimos cuenta de que necesitábamos un espaciador y un diseño de dispositivo mucho mejores que permitieran un túnel de electrones altamente eficiente".

Los ferriimanes aceleran los recuerdos de las pistas de carreras

Wang dice que el trabajo del equipo confirma que se pueden lograr TMR muy grandes a temperatura ambiente en heteroestructuras totalmente vdW, lo que describe como un paso crucial hacia las aplicaciones de espintrónica 2D. “Más allá de eso, la inyección de espín altamente eficiente en los semiconductores podría permitirnos investigar la física del espín de los semiconductores y desarrollar un nuevo concepto de dispositivos semiconductores espintrónicos”, dice.

Estimulados por sus resultados, los investigadores ahora están ocupados ajustando el grosor de la capa espaciadora en un intento de aumentar aún más la TMR. Una vía prometedora que están explorando es utilizar el semiconductor de arseniuro de galio (GaSe) de ancho de banda prohibida o el nitruro de boro hexagonal aislante (hBN) como material espaciador.

Ellos detallan su presente estudio en Letras de física chinas.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/