Resistensi magnet terowongan besar muncul pada suhu kamar di persimpangan terowongan magnetik mini

Persimpangan terowongan magnetik (MTJs), yang terdiri dari dua feromagnet yang dipisahkan oleh bahan penghalang non-magnetik, ditemukan di sejumlah teknologi, termasuk memori akses acak magnetik di hard disk komputer serta sensor magnetik, perangkat logika dan elektroda. dalam perangkat spintronik. Mereka memang memiliki kelemahan utama, yaitu bahwa mereka tidak beroperasi dengan baik ketika diperkecil hingga di bawah 20 nm. Para peneliti di Cina kini telah mendorong batas ini dengan mengembangkan MTJ van der Waals berdasarkan semikonduktor tungsten diselenide (WSe₂) lapisan pengatur jarak setebal kurang dari 10 nm, terjepit di antara dua besi feromagnetik gallium telluride (Fe₃Gerbang₂) elektroda. Perangkat baru ini juga memiliki tunnel magnetoresistance (TMR) yang besar pada 300 K, sehingga cocok untuk aplikasi memori.

“TMR sebesar itu pada MTJ ultrathin pada suhu kamar belum pernah dilaporkan sebelumnya pada MTJ van der Waals (vdW) dua dimensi,” kata Kaiyou Wang, yang mengarahkan Laboratorium Kunci Negara untuk Superlattices dan Mikrostruktur di Institut Semikonduktor, Akademi Ilmu Pengetahuan China, Beijing dan juga berafiliasi dengan Pusat Ilmu Material dan Teknik Optoelektronik di Universitas Akademi Ilmu Pengetahuan China. “Pekerjaan kami membuka rute yang realistis dan menjanjikan untuk memori spintronic non-volatile generasi mendatang di luar kondisi seni saat ini.”

Ferromagnetisme suhu kamar

Wang, yang bersama-sama memimpin pengembangan perangkat baru Haixin Chang dari Laboratorium Kunci Negara Bagian Teknologi Pemrosesan Bahan dan Die & Mould di Universitas Sains dan Teknologi Huazhong dan Pusat Medan Magnet Tinggi Nasional Wuhan, mengaitkan TMR besarnya dengan dua fitur. Yang pertama adalah sifat intrinsik Fe₃Gerbang₂, yang bersifat feromagnetik di atas suhu kamar. “Kami telah menyelidiki magnetoresistance dari sejumlah persimpangan feromagnet/semikonduktor van der Waals selama beberapa tahun di mana suhu Curie (suhu di atas mana magnet permanen kehilangan magnetnya) dari feromagnet jauh di bawah suhu kamar,” dia catatan. “Kami menemukan magnetoresistance yang besar dan injeksi spin yang efisien hanya dapat dicapai dalam perilaku transpor nonlinier dari sambungan feromagnet/semikonduktor.”

Berbeda dengan materi yang diselidiki Wang dan rekannya sebelumnya, Fe₃Gerbang₂ (yang ditemukan tim baru-baru ini) memiliki suhu Curie lebih dari 380 K. Anisotropi magnetiknya juga sebanding dengan (atau bahkan lebih baik daripada) CoFeB, ferrimagnet yang banyak digunakan dalam spintronika. (Tidak seperti ferromagnet, di mana momen magnet yang berdekatan sejajar satu sama lain, dalam ferrimagnet momennya anti-paralel tetapi tidak sama besarnya, menghasilkan magnetisme spontan sisa.) Yang penting, Fe₃Gerbang₂ dan CoFeB keduanya memiliki permukaan Fermi yang sangat terpolarisasi (batas antara status energi elektron terisi dan kosong yang menentukan banyak sifat logam dan semikonduktor), yang bagi CoFeB berarti bahwa sumber elektron terpolarisasi spin besar yang beroperasi pada suhu kamar dapat dibuat darinya. .

Spacer dan desain perangkat yang lebih baik

Faktor kedua dalam keberhasilan perangkat baru ini, kata Wang, adalah kualitas WSe yang tinggi₂ penghalang. “Kami menemukan bahwa menggunakan Fe₃Gerbang₂ dengan sendirinya tidak cukup dan kita hanya bisa mencapai magnetoresistance suhu ruangan kecil (sekitar 0.3%) dalam satu jenis spin-valve all-vdW menggunakan MoS₂ pengatur jarak,” jelasnya. “Kami menyadari bahwa kami membutuhkan spacer dan desain perangkat yang jauh lebih baik yang memungkinkan tunneling elektron yang sangat efisien.”

Ferrimagnets mempercepat memori pacuan kuda

Wang mengatakan pekerjaan tim menegaskan bahwa TMR yang sangat besar dapat dicapai pada suhu kamar di semua struktur hetero vdW, yang ia gambarkan sebagai langkah penting menuju aplikasi spintronika 2D. “Selain itu, injeksi spin yang sangat efisien ke dalam semikonduktor memungkinkan kami untuk menyelidiki fisika spin semikonduktor dan mengembangkan konsep baru perangkat spintronic semikonduktor,” katanya.

Didorong oleh hasil mereka, para peneliti sekarang sibuk menyesuaikan ketebalan lapisan pengatur jarak dalam upaya untuk lebih meningkatkan TMR. Salah satu jalan yang menjanjikan yang mereka jelajahi adalah menggunakan semikonduktor gallium arsenide (GaSe) celah pita lebar atau isolator boron nitrida heksagonal (hBN) sebagai bahan pengatur jarak.

Mereka merinci studi mereka saat ini Sastra Fisika Cina.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/