微細化された磁気トンネル接合において、室温で大きなトンネル磁気抵抗が現れる

非磁性バリア材料によって分離された 20 つの強磁性体で構成される磁気トンネル接合 (MTJ) は、コンピューターのハード ディスク ドライブの磁気ランダム アクセス メモリや、磁気センサー、ロジック デバイス、電極など、多くの技術で使用されています。スピントロニクスデバイス。 ただし、XNUMX nm 未満に小型化するとうまく動作しないという大きな欠点があります。 現在、中国の研究者は、半導体の二セレン化タングステン (WSe₂) 10 つの強磁性鉄ガリウムテルル (Fe) の間に挟まれた、厚さ XNUMX nm 未満のスペーサー層₃ゲート₂) 電極。 新しいデバイスは、300 K で大きなトンネル磁気抵抗 (TMR) も備えているため、メモリ アプリケーションに適しています。

「室温での極薄 MTJ のこのような大きな TMR は、全 XNUMX 次元のファン デル ワールス (vdW) MTJ でこれまでに報告されたことはありません」と述べています。 王海陽、誰が指示します 北京の中国科学院半導体研究所の超格子および微細構造の主要研究所 また、 中国科学院大学材料科学およびオプトエレクトロニクス工学センター. 「私たちの研究は、現在の最先端技術を超えた、次世代の不揮発性スピントロニクス メモリへの現実的で有望な道を開きます。」

室温強磁性

一緒に新しいデバイスの開発を率いた王 チャン・ハイシン 華中科技大学の材料加工および金型技術の国家重点実験室 と 武漢国家高磁場センター、その大きなTMRはXNUMXつの機能に起因します。 XNUMXつ目は、Feの固有の特性です₃ゲート₂、室温以上で強磁性です。 「強磁性体のキュリー温度 (永久磁石がその磁性を失う温度) が室温をはるかに下回る数年間、多くのファン デル ワールス強磁性体/半導体接合部の磁気抵抗を調査してきました」と彼は述べています。ノート。 「大きな磁気抵抗と効率的なスピン注入は、強磁性体/半導体接合の非線形輸送挙動でのみ達成できることを発見しました。」

Wang らが以前に調査した材料とは対照的に、Fe₃ゲート₂ (チームが比較的最近発見した) は、380 K を超えるキュリー温度を持っています。その磁気異方性は、スピントロニクスで広く使用されているフェリ磁性体である CoFeB の磁気異方性にも匹敵します (またはそれよりも優れています)。 (隣接する磁気モーメントが互いに平行である強磁性体とは異なり、フェリ磁性体では、モーメントは逆平行ですが大きさが等しくないため、残留自発磁気が生じます。) 重要なことに、Fe₃ゲート₂ と CoFeB はどちらも高度に分極したフェルミ面 (金属と半導体の多くの特性を定義する占有電子エネルギー状態と非占有電子エネルギー状態の間の境界) を持っています。これは、CoFeB の場合、室温で動作する大きなスピン偏極電子源をそれから作ることができることを意味します。 .

より良いスペーサーとデバイスの設計

Wang 氏によると、新しいデバイスの成功の XNUMX つ目の要因は、WSe の高品質です。₂ バリア。 「我々は、Fe を使用することを発見しました。₃ゲート₂ それだけでは十分ではなく、MoS を使用した0.3つのタイプの全vdWスピンバルブで小さな室温磁気抵抗（約XNUMX％）しか達成できませんでした₂ スペーサー」と彼は説明します。 「非常に効率的な電子トンネリングを可能にする、はるかに優れたスペーサーとデバイス設計が必要であることに気付きました。」

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Wang は、チームの研究により、全 vdW ヘテロ構造で室温で非常に大きな TMR を実現できることが確認されたと述べており、これは 2D スピントロニクス アプリケーションに向けた重要なステップであると説明しています。 「それ以上に、半導体への非常に効率的なスピン注入により、半導体のスピン物理学を調査し、新しいコンセプトの半導体スピントロニクス デバイスを開発できるようになる可能性があります」と彼は言います。

彼らの結果に刺激されて、研究者は現在、TMRをさらに増加させるためにスペーサー層の厚さを調整するのに忙しい. 彼らが模索している有望な手段の XNUMX つは、ワイドバンドギャップ半導体ガリウム砒素 (GaSe) または絶縁体六方晶窒化ホウ素 (hBN) をスペーサー材料として使用することです。

彼らは現在の研究を詳述しています 中国の物理学の手紙.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/