עמידות מגנטית גדולה של מנהרה מופיעה בטמפרטורת החדר בצומת מנהרה מגנטית ממוזערת

צומת מנהרה מגנטית (MTJs), המורכבים משני פרומגנטים המופרדים על ידי חומר מחסום לא מגנטי, נמצאים בשורה של טכנולוגיות, כולל זיכרונות מגנטיים בעלי גישה אקראית בכונני דיסק קשיח של מחשבים, כמו גם חיישנים מגנטיים, התקני לוגיקה ואלקטרודות במכשירי ספינטרוניק. עם זאת, יש להם חסרון גדול, שהוא שהם לא פועלים היטב כשהם ממוזערים מתחת ל-20 ננומטר. חוקרים בסין דחפו כעת את הגבול הזה על ידי פיתוח Van der Waals MTJ המבוסס על דיסלניד טונגסטן מוליך למחצה (WSe₂שכבת מרווח בעובי של פחות מ-10 ננומטר, דחוסה בין שני גליום טלוריד ברזל פרומגנטי (Fe₃שַׁעַר₂) אלקטרודות. למכשיר החדש יש גם התנגדות מגנטות של מנהרה גדולה (TMR) ב-300 K, מה שהופך אותו למתאים ליישומי זיכרון.

"TMR כה גדול ב-MTJs דק במיוחד בטמפרטורת החדר מעולם לא דווח בעבר ב-MTJ דו-מימדיים של ואן דר וואלס (vdW)", אומר קאיו וואנג, מי מנחה את מעבדת מפתח ממלכתית לסריגים ומיקרו מבנים במכון למוליכים למחצה, האקדמיה הסינית למדעים, בייג'ין ומזוהה גם עם ה המרכז למדעי החומרים והנדסת אלקטרוניקה אופטו באוניברסיטת האקדמיה הסינית למדעים. "העבודה שלנו פותחת מסלול מציאותי ומבטיח לזיכרונות ספינטרוניקים בלתי נדיפים של הדור הבא מעבר למצב העכשווי".

פרומגנטיות בטמפרטורת החדר

וואנג, שהוביל את פיתוח המכשיר החדש יחד עם האיקסין צ'אנג של מעבדת המפתח הממלכתית לעיבוד חומרים וטכנולוגיה למות ועובש באוניברסיטת Huazhong למדע וטכנולוגיה ו מרכז השדה המגנטי הגבוה הלאומי של ווהאן, מייחס את ה-TMR הגדול שלו לשתי תכונות. הראשון הוא התכונות הפנימיות של Fe₃שַׁעַר₂, שהוא פרומגנטי מעל טמפרטורת החדר. "חקרנו את ההתנגדות למגנטיות של מספר צמתים פרומגנט/מוליכים למחצה של ואן דר ואלס במשך שנים לא מעטות שבהן טמפרטורת הקורי (הטמפרטורה שמעליה מגנט קבוע מאבד את המגנטיות שלו) של הפרומגנט היא הרבה מתחת לטמפרטורת החדר", הוא אמר. הערות. "מצאנו שניתן להשיג עמידות מגנטית גדולה והזרקת ספין יעילה רק בהתנהגות הובלה לא ליניארית של צומת פרומגנט/מוליכים למחצה."

בניגוד לחומרים וואנג ועמיתיו חקרו בעבר, Fe₃שַׁעַר₂ (שהצוות גילה יחסית לאחרונה) יש טמפרטורת Curie של יותר מ-380 K. האניזוטרופיה המגנטית שלו דומה גם לזו של CoFeB, פרימגנט המופעל באופן נרחב בספינטרוניקה. (בניגוד לפרומגנטים, שבהם מומנטים מגנטיים שכנים מקבילים זה לזה, בפרימגנטים המומנטים הם אנטי-מקבילים אך לא שווים בגודלם, מה שמניב מגנטיות ספונטנית שיורית.) חשוב לציין, Fe₃שַׁעַר₂ ול-CoFeB לשניהם משטחי פרמי מקוטבים מאוד (הגבול בין מצבי אנרגיית אלקטרונים תפוסים ובלתי תפוסים שמגדיר מאפיינים רבים של מתכות ומוליכים למחצה), מה שעבור CoFeB פירושו שניתן לייצר ממנו מקורות אלקטרונים גדולים מקוטבים בספין הפועלים בטמפרטורת החדר .

מרווח ועיצוב מכשיר טובים יותר

הגורם השני להצלחת המכשיר החדש, אומר וואנג, הוא האיכות הגבוהה של ה-WSe₂ מַחסוֹם. "גילינו ששימוש ב-Fe₃שַׁעַר₂ בפני עצמו זה לא מספיק ושנוכל להשיג רק התנגדות מגנוטורית קטנה בטמפרטורת החדר (של כ-0.3%) בסוג אחד של שסתומי ספין אול-vdW באמצעות MoS₂ מרווח", הוא מסביר. "הבנו שאנחנו צריכים מרווח ועיצוב מכשירים טובים בהרבה שמאפשרים מנהרת אלקטרונים יעילה ביותר."

פרימגנטים מאיצים את זיכרונות מסלול המירוצים

וואנג אומר שהעבודה של הצוות מאשרת שניתן להשיג TMRs גדולות מאוד בטמפרטורת החדר במבנים הטרו-מבנים של כל vdW, שאותם הוא מתאר כצעד מכריע לקראת יישומי ספינטרוניקה דו-ממדיים. "מעבר לכך, הזרקת הספין היעילה ביותר למוליכים למחצה יכולה לאפשר לנו לחקור פיזיקת ספין מוליכים למחצה ולפתח מכשירי ספינטרוניק מוליכים למחצה רעיון חדש", הוא אומר.

בעקבות התוצאות שלהם, החוקרים עסוקים כעת בהתאמת עובי שכבת המרווח בניסיון להגדיל עוד יותר את ה-TMR. אחת הדרכים המבטיחות שהם בוחנים היא להשתמש במוליך למחצה רחב פס גליום ארסניד (GaSe) או במבודד בורון ניטריד משושה (hBN) כחומר מרווח.

הם מפרטים את המחקר הנוכחי שלהם ב מכתבי פיזיקה סינית.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/