A nagy alagút mágneses ellenállása szobahőmérsékleten megjelenik egy miniatürizált mágneses alagút csomópontban

Mágneses alagút-csatlakozások (MTJ), amelyek két ferromágnesből állnak, amelyeket nem mágneses záróanyag választ el egymástól, számos technológiában megtalálhatók, beleértve a számítógép merevlemez-meghajtóiban található mágneses véletlen hozzáférésű memóriákat, valamint a mágneses érzékelőket, logikai eszközöket és elektródákat. spintronikus eszközökben. Van azonban egy nagy hátrányuk, mégpedig az, hogy nem működnek jól, ha 20 nm alá miniatürizálják. A kínai kutatók most túllépték ezt a határt egy van der Waals MTJ kifejlesztésével, amely egy félvezető volfrám-diszelenidre (WSe) épül.₂) 10 nm-nél kisebb vastagságú távtartó réteg, két ferromágneses vas-gallium-tellurid (Fe) közé₃Kapu₂) elektródák. Az új eszköz nagy alagút mágneses ellenállással (TMR) is rendelkezik 300 K-en, így alkalmas memóriaalkalmazásokra.

„Ilyen nagy TMR-t az ultravékony MTJ-kben szobahőmérsékleten még soha nem jelentettek a kétdimenziós van der Waals (vdW) MTJ-kben” – mondja. Kaiyou Wang, aki irányítja a Állami kulcslaboratórium szuperrácsokkal és mikrostruktúrákkal a Kínai Tudományos Akadémia Félvezető Intézetében, Peking és szintén kapcsolatban áll a Anyagtudományi és Optoelektronikai Mérnöki Központ a Kínai Tudományos Akadémia Egyetemén. „Munkánk reális és ígéretes utat nyit a következő generációs, nem felejtő spintronikus memóriák számára a technika jelenlegi állásán túl.”

Szobahőmérsékletű ferromágnesesség

Wang, akivel együtt vezette az új készülék fejlesztését Haixin Chang az A Huazhong Tudományos és Technológiai Egyetem Anyagfeldolgozási és Formázástechnikai Állami Kulcslaboratóriuma és a Wuhan Nemzeti Nagy Mágneses Mező Központ, nagy TMR-jét két jellemzőnek tulajdonítja. Az első a Fe belső tulajdonságai₃Kapu₂, amely szobahőmérséklet felett ferromágneses. "Számos van der Waals ferromágnes/félvezető csomópont mágneses ellenállását vizsgáltuk jó néhány éven át, amelyekben a ferromágnes Curie-hőmérséklete (az a hőmérséklet, amely felett az állandó mágnes elveszti mágnesességét) messze a szobahőmérséklet alatt van" jegyzetek. "Azt találtuk, hogy nagy mágneses ellenállás és hatékony spin-injektálás csak a ferromágnes/félvezető csomópontok nemlineáris transzport viselkedésében érhető el."

A Wang és munkatársai által korábban vizsgált anyagokkal ellentétben Fe₃Kapu₂ (amelyet a csapat viszonylag nemrég fedezett fel) Curie-hőmérséklete meghaladja a 380 K-t. Mágneses anizotrópiája a CoFeB-é, a spintronikában széles körben alkalmazott ferrimágneséhez is hasonló (vagy még jobb is annál). (A ferromágnesekkel ellentétben, ahol a szomszédos mágneses momentumok párhuzamosak egymással, a ferrimágneseknél a momentumok ellentétesek, de nem egyenlő nagyságúak, ami maradék spontán mágnesességet eredményez.) Fontos, hogy a Fe₃Kapu₂ A CoFeB és a CoFeB is erősen polarizált Fermi felülettel rendelkezik (a fémek és félvezetők számos tulajdonságát meghatározó határ a foglalt és a nem foglalt elektronenergia állapotok között), ami a CoFeB esetében azt jelentette, hogy szobahőmérsékleten működő nagy spin-polarizált elektronforrások állíthatók elő belőle. .

Jobb távtartó és eszközkialakítás

Az új eszköz sikerének második tényezője Wang szerint a WSe kiváló minősége₂ akadály. „Felfedeztük, hogy a Fe használatával₃Kapu₂ önmagában nem elegendő, és hogy csak egy kis, szobahőmérsékletű (körülbelül 0.3%-os) mágneses ellenállást tudtunk elérni egyféle, teljesen VdW-es spinszelepben MoS segítségével.₂ távtartó” – magyarázza. "Rájöttünk, hogy sokkal jobb távtartóra és eszközkialakításra van szükségünk, amely lehetővé teszi a rendkívül hatékony elektronalagút kialakítását."

A ferrimágnesek felgyorsítják a versenypálya emlékeit

Wang szerint a csapat munkája megerősíti, hogy nagyon nagy TMR-ek érhetők el szobahőmérsékleten az all-vdW-es heterostruktúrákban, amit a 2D-s spintronikai alkalmazások felé tett döntő lépésként ír le. "Ezen túlmenően, a félvezetőkbe történő rendkívül hatékony spin-injektálás lehetővé teszi számunkra, hogy megvizsgáljuk a félvezető spinfizikáját, és új koncepciójú félvezető spintronikai eszközöket fejlesszünk ki" - mondja.

Eredményeiken felbuzdulva a kutatók a távtartó réteg vastagságának beállításával vannak elfoglalva, hogy tovább növeljék a TMR-t. Az egyik ígéretes út, amelyet vizsgálnak, a széles sávú félvezető gallium-arzenid (GaSe) vagy a szigetelő hatszögletű bór-nitrid (hBN) távtartó anyagként történő alkalmazása.

Ebben részletezik jelen tanulmányukat Kínai fizika levelek.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/