Suur tunneli magnetresistentsus ilmneb toatemperatuuril miniatuurses magnettunneli ristmikul

Magnettunneli ristmikud (MTJ), mis koosnevad kahest mittemagnetilise tõkkematerjaliga eraldatud ferromagnetist, on leitud paljudes tehnoloogiates, sealhulgas arvuti kõvaketaste magnetilistes juhuslikus mäludes, samuti magnetandurites, loogikaseadmetes ja elektroodides. spintroonilistes seadmetes. Neil on siiski suur puudus, milleks on see, et nad ei tööta hästi, kui need on miniatuursed alla 20 nm. Hiina teadlased on nüüd seda piiri nihutanud, töötades välja pooljuhtival volframdiseleniidil (WSe) põhineva van der Waalsi MTJ.₂) vähem kui 10 nm paksune vahekiht, mis paikneb kahe ferromagnetilise raudgalliumtelluriidi (Fe) vahel₃GaTe₂) elektroodid. Uuel seadmel on ka suur tunneli magnetresistentsus (TMR) 300 K juures, mistõttu sobib see mälurakenduste jaoks.

"Nii suurt TMR-i üliõhukestes MTJ-des toatemperatuuril pole kahemõõtmeliste van der Waalsi (vdW) MTJ-de puhul kunagi varem teatatud, " ütleb. Kaiyou Wang, kes juhib Pekingi Hiina Teaduste Akadeemia pooljuhtide instituudi supervõrede ja mikrostruktuuride riiklik võtmelabor ja on samuti seotud Hiina Teaduste Akadeemia ülikooli materjaliteaduse ja optoelektroonika insenerikeskus. "Meie töö avab realistliku ja paljutõotava tee järgmise põlvkonna lendumatute spintrooniliste mälude jaoks, mis on kõrgemad kui praegune tehnika tase."

Toatemperatuuri ferromagnetism

Wang, kes juhtis koos uue seadme väljatöötamist Haixin Chang Euroopa Huazhongi teadus- ja tehnoloogiaülikooli osariigi materjalitöötluse ning surve- ja vormitehnoloogia laboratoorium ja Wuhani riiklik suure magnetvälja keskus, omistab selle suure TMR-i kahele omadusele. Esimene on Fe olemuslikud omadused₃GaTe₂, mis on toatemperatuurist kõrgemal ferromagnetiline. "Oleme uurinud mitmete van der Waalsi ferromagneti/pooljuhtide ristmike magnetresistentsust üsna mitu aastat, mille jooksul ferromagneti Curie temperatuur (temperatuur, millest kõrgemal püsimagnet kaotab oma magnetismi) on palju madalam kui toatemperatuur," ütles ta. märkmeid. "Leidsime, et suurt magnetresistentsust ja tõhusat spin-injektsiooni saab saavutada ainult ferromagneti / pooljuhtide ristmike mittelineaarses transpordikäitumises."

Erinevalt materjalidest, mida Wang ja kolleegid varem uurisid, on Fe₃GaTe₂ (mille meeskond avastas suhteliselt hiljuti) on Curie temperatuur üle 380 K. Selle magnetiline anisotroopia on samuti võrreldav (või isegi parem kui) spintroonikas laialdaselt kasutatava ferrimagneti CoFeB omaga. (Erinevalt ferromagnetitest, kus naabermagnetmomendid on üksteisega paralleelsed, on ferrimagnetites momendid antiparalleelsed, kuid suurusjärgus ebavõrdsed, mis annab spontaanse jääkmagnetismi.) Oluline on see, et Fe₃GaTe₂ ja CoFeB mõlemal on väga polariseeritud Fermi pinnad (piir hõivatud ja hõivamata elektronide energiaseisundite vahel, mis määrab ära paljud metallide ja pooljuhtide omadused), mis CoFeB jaoks on tähendanud, et sellest saab valmistada suuri spin-polariseeritud elektroniallikaid, mis töötavad toatemperatuuril. .

Parem vahetükk ja seadme disain

Wangi sõnul on uue seadme edu teine ​​tegur WSe kõrge kvaliteet₂ barjäär. "Avastasime, et kasutades Fe₃GaTe₂ üksinda ei piisa ja et saaksime MoS-i kasutades saavutada ainult väikese toatemperatuuri magnetresistentsuse (umbes 0.3%) ühte tüüpi VdW-spin-klappides₂ vahetükk,” selgitab ta. "Mõistsime, et vajame palju paremat vahetükki ja seadme disaini, mis võimaldaks ülitõhusat elektronide tunneldamist."

Ferrimagnetid kiirendavad võidusõiduraja mälestusi

Wang ütleb, et meeskonna töö kinnitab, et väga suuri TMR-e on võimalik saavutada toatemperatuuril kõigis vdW heterostruktuurides, mida ta kirjeldab kui olulist sammu 2D-spintroonika rakenduste suunas. "Peale selle võib ülitõhus tsentrifuugimine pooljuhtidesse võimaldada meil uurida pooljuhtide spin-füüsikat ja töötada välja uue kontseptsiooni pooljuhtide spintroonilised seadmed, " ütleb ta.

Tulemustest ajendatuna on teadlased nüüd hõivatud vahekihi paksuse reguleerimisega, et TMR-i veelgi suurendada. Üks paljutõotav viis, mida nad uurivad, on kasutada vahematerjalina laia ribalaiusega pooljuht-galliumarseniidi (GaSe) või isolaatori kuusnurkset boornitriidi (hBN).

Nad kirjeldavad oma praegust uuringut Hiina füüsika kirjad.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/