소형화된 자기터널접합에서 상온에서 큰 터널자기저항이 나타남

비자기 장벽 물질로 분리된 두 개의 강자성체로 구성된 자기 터널 접합(MTJ)은 컴퓨터 하드 디스크 드라이브의 자기 랜덤 액세스 메모리와 자기 센서, 논리 장치 및 전극을 비롯한 여러 기술에서 발견됩니다. spintronic 장치에서. 하지만 20nm 이하로 소형화하면 제대로 작동하지 않는다는 큰 단점이 있습니다. 중국의 연구원들은 이제 반도체 이셀레나이드 텅스텐(WSe₂) 두 개의 강자성 철 갈륨 텔루라이드(Fe₃문₂) 전극. 새로운 장치는 또한 300K에서 큰 터널 자기 저항(TMR)을 가지므로 메모리 응용 분야에 적합합니다.

"실온에서 초박형 MTJ에서 이렇게 큰 TMR은 모든 XNUMX차원 반 데르 발스(vdW) MTJ에서 이전에 보고된 적이 없습니다."라고 말합니다. 카이유 왕, 감독하는 사람 베이징 중국 과학 아카데미 반도체 연구소의 초격자 및 미세구조에 대한 국가 핵심 실험실 또한 중국과학원대학교 재료과학 및 광전자 공학 센터. "우리의 작업은 현재의 최신 기술을 넘어선 차세대 비휘발성 스핀트로닉스 메모리를 위한 현실적이고 유망한 경로를 열어줍니다."

실온 강자성

새로운 장치의 개발을 함께 이끌었던 Wang 장하이신 의 화종과학기술대학교 재료가공 및 금형기술 국가핵심연구소 그리고 우한 국가고자기장센터, 큰 TMR은 두 가지 기능에 기인합니다. 첫 번째는 Fe의 고유 특성입니다.₃문₂, 상온 이상에서 강자성입니다. "우리는 몇 년 동안 강자성체의 퀴리 온도(영구 자석이 자성을 잃는 온도)가 실온보다 훨씬 낮은 여러 반 데르 발스 강자성체/반도체 접합부의 자기 저항을 조사했습니다."라고 그는 말했습니다. 노트. "우리는 큰 자기 저항과 효율적인 스핀 주입이 강자성체/반도체 접합의 비선형 전송 동작에서만 달성될 수 있음을 발견했습니다."

Wang과 동료들이 이전에 조사한 재료와 달리 Fe₃문₂ (팀이 비교적 최근에 발견한) 퀴리 온도는 380K 이상입니다. 자기 이방성은 스핀트로닉스에 널리 사용되는 페리자석인 CoFeB와 비슷하거나 더 좋습니다. (인접한 자기 모멘트가 서로 평행한 강자성체와 달리 페리자성체에서는 모멘트가 반평행하지만 크기가 같지 않아 잔류 자발 자기가 발생합니다.) 중요한 것은 Fe₃문₂ 그리고 CoFeB는 둘 다 고도로 분극된 페르미 표면(금속과 반도체의 많은 특성을 정의하는 점유 전자 에너지 상태와 비점유 전자 에너지 상태 사이의 경계)을 가지고 있으며, 이는 CoFeB의 경우 실온에서 작동하는 큰 스핀 분극 전자 소스를 만들 수 있음을 의미합니다. .

더 나은 스페이서 및 장치 설계

새로운 장치의 성공의 두 번째 요인은 WSe의 고품질이라고 Wang은 말합니다.₂ 장벽. “우리는 Fe를 사용하여₃문₂ 자체적으로는 충분하지 않으며 MoS를 사용하는 한 가지 유형의 all-vdW 스핀 밸브에서만 작은 실온 자기 저항(약 0.3%)을 달성할 수 있습니다.₂ 스페이서”라고 설명합니다. "우리는 매우 효율적인 전자 터널링을 허용하는 훨씬 더 나은 스페이서 및 장치 설계가 필요하다는 것을 깨달았습니다."

Ferrimagnets는 레이스 트랙 메모리를 가속화합니다.

Wang은 팀의 작업이 모든 vdW 이종 구조에서 실온에서 매우 큰 TMR이 달성될 수 있음을 확인했으며, 이는 2D 스핀트로닉스 애플리케이션을 향한 중요한 단계라고 설명합니다. "그 외에도 반도체에 고효율 스핀 주입을 통해 반도체 스핀 물리학을 연구하고 새로운 개념의 반도체 스핀트로닉스 장치를 개발할 수 있습니다."라고 그는 말합니다.

그들의 결과에 힘입어 연구원들은 TMR을 더욱 증가시키기 위해 스페이서 층의 두께를 조정하느라 바쁘다. 그들이 탐구하고 있는 한 가지 유망한 방법은 와이드 밴드갭 반도체 갈륨 비소(GaSe) 또는 절연체 육각형 질화붕소(hBN)를 스페이서 재료로 사용하는 것입니다.

그들은 현재 연구를 자세히 설명합니다. 중국어 물리학 문자.

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