Suuri tunnelin magneettiresistanssi näkyy huoneenlämmössä miniatyyrisoidussa magneettisessa tunneliliitoksessa

Magneettisia tunneliliitoksia (MTJ), jotka koostuvat kahdesta ferromagneetista, jotka on erotettu toisistaan ​​ei-magneettisella estemateriaalilla, löytyy lukuisista teknologioista, mukaan lukien tietokoneen kiintolevyasemien magneettisista hajasaantimuisteista sekä magneettisista antureista, logiikkalaitteista ja elektrodeista. spintronisissa laitteissa. Niillä on kuitenkin suuri haittapuoli, joka on, että ne eivät toimi hyvin, kun ne on pienennetty alle 20 nm:iin. Kiinalaiset tutkijat ovat nyt työntäneet tätä rajaa kehittämällä puolijohtavaan volframidiselenidiin (WSe) perustuvan van der Waals MTJ:n₂) alle 10 nm paksu välikerros, joka on kerrostettu kahden ferromagneettisen rautagalliumtelluridin (Fe) välissä₃Portti₂) elektrodit. Uudessa laitteessa on myös suuri tunnelin magnetoresistanssi (TMR) 300 K:ssa, joten se sopii muistisovelluksiin.

"Näin suurta TMR:ää ultraohuissa MTJ:issä huoneenlämpötilassa ei ole koskaan aiemmin raportoitu täysin kaksiulotteisissa van der Waalsin (vdW) MTJ:issä", sanoo Kaiyou Wang, joka ohjaa Superhilojen ja mikrorakenteiden valtion avainlaboratorio Kiinan tiedeakatemian puolijohteiden instituutissa, Peking ja on myös sidoksissa Kiinan tiedeakatemian yliopiston materiaalitieteen ja optoelektroniikan tekniikan keskus. "Työmme avaa realistisen ja lupaavan reitin seuraavan sukupolven haihtumattomille spintronic-muisteille nykyisen tekniikan tason ulkopuolelle."

Huoneenlämpötilan ferromagnetismi

Wang, joka johti uuden laitteen kehitystä yhdessä Haixin Chang että Huazhongin tiede- ja teknologiayliopiston materiaalinkäsittelyn sekä muotti- ja muottitekniikan osavaltion avainlaboratorio ja Wuhanin kansallinen korkean magneettikentän keskus, selittää sen suuren TMR:n kahdella ominaisuudella. Ensimmäinen on Fe:n luontaiset ominaisuudet₃Portti₂, joka on ferromagneettista huoneenlämpötilan yläpuolella. "Olemme tutkineet useiden van der Waalsin ferromagneetti/puolijohdeliitosten magnetoresistanssia melko muutaman vuoden ajan, jolloin ferromagneetin Curie-lämpötila (lämpötila, jonka yläpuolella kestomagneetti menettää magnetisuutensa) on paljon alle huoneenlämpötilan", hän muistiinpanoja. "Löysimme, että suuri magnetoresistanssi ja tehokas spin-injektio voidaan saavuttaa vain ferromagneetti-puolijohdeliitosten epälineaarisessa kuljetuskäyttäytymisessä."

Toisin kuin Wangin ja kollegoiden aiemmin tutkimat materiaalit, Fe₃Portti₂ (jonka ryhmä löysi suhteellisen äskettäin) Curie-lämpötila on yli 380 K. Sen magneettinen anisotropia on myös verrattavissa (tai jopa parempi kuin) CoFeB:n, spintroniikassa laajalti käytetyn ferrimagneetin, vastaavaan. (Toisin kuin ferromagneeteissa, joissa viereiset magneettiset momentit ovat yhdensuuntaisia ​​toistensa kanssa, ferrimagneeteissa momentit ovat vastasuuntaisia, mutta erisuuruisia, jolloin syntyy spontaanin jäännösmagnetismi.) Tärkeää on, että Fe₃Portti₂ ja CoFeB:llä molemmilla on erittäin polarisoidut Fermi-pinnat (varattujen ja miehittämättömien elektronien energiatilojen välinen raja, joka määrittää monet metallien ja puolijohteiden ominaisuudet), mikä CoFeB:lle on merkinnyt sitä, että siitä voidaan valmistaa suuria, huoneenlämmössä toimivia spin-polarisoituja elektronilähteitä. .

Parempi välikappale ja laitesuunnittelu

Toinen tekijä uuden laitteen menestyksessä, Wang sanoo, on WSe:n korkea laatu₂ este. "Huomasimme, että käyttämällä Fe₃Portti₂ Pelkästään ei riitä ja että voisimme saavuttaa vain pienen huoneenlämpötilan magnetoresistanssin (noin 0.3 %) yhden tyyppisissä täys-vdW-spin-venttiileissä käyttämällä MoS₂ välikappale”, hän selittää. "Ymmärsimme, että tarvitsemme paljon paremman välikappaleen ja laitesuunnittelun, joka mahdollistaa erittäin tehokkaan elektronitunneloinnin."

Ferrimagneetit nopeuttavat kilparatamuistoja

Wang sanoo, että tiimin työ vahvistaa, että erittäin suuria TMR:itä voidaan saavuttaa huoneenlämmössä all-vdW-heterorakenteissa, mitä hän kuvailee ratkaisevaksi askeleeksi kohti 2D-spintroniikkasovelluksia. "Sen lisäksi erittäin tehokas spin-injektio puolijohteisiin voisi antaa meille mahdollisuuden tutkia puolijohteiden pyörimisfysiikkaa ja kehittää uusia konseptipuolijohde-spintronilaitteita", hän sanoo.

Tulosten kannustamana tutkijat ovat nyt kiireisiä säätämään välikerroksen paksuutta yrittääkseen lisätä TMR:ää entisestään. Yksi lupaava keino, jota he tutkivat, on käyttää laajakaistaista puolijohde-galliumarsenia (GaSe) tai eriste-heksagonaalista boorinitridiä (hBN) välimateriaalina.

He yksityiskohtaisesti nykyisen tutkimuksensa Kiinan fysiikan kirjeet.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/