Grote tunnelmagnetoweerstand verschijnt bij kamertemperatuur in een geminiaturiseerde magnetische tunnelovergang

Magnetische tunnelovergangen (MTJ's), die bestaan ​​uit twee ferromagneten gescheiden door een niet-magnetisch barrièremateriaal, worden aangetroffen in een groot aantal technologieën, waaronder magnetische willekeurig toegankelijke geheugens in harde schijven van computers en magnetische sensoren, logische apparaten en elektroden in spintronische apparaten. Ze hebben echter een groot nadeel, namelijk dat ze niet goed werken als ze worden geminiaturiseerd tot minder dan 20 nm. Onderzoekers in China hebben deze grens nu verlegd door een van der Waals MTJ te ontwikkelen op basis van een halfgeleidend wolfraamdiselenide (WSe₂) afstandslaag minder dan 10 nm dik, ingeklemd tussen twee ferromagnetische ijzergalliumtelluride (Fe₃Poort₂) elektroden. Het nieuwe apparaat heeft ook een grote tunnelmagnetoweerstand (TMR) bij 300 K, waardoor het geschikt is voor geheugentoepassingen.

"Zo'n grote TMR in ultradunne MTJ's bij kamertemperatuur is nog nooit eerder gerapporteerd in volledig tweedimensionale van der Waals (vdW) MTJ's", zegt Kaiyou Wang, die de leiding heeft Staatssleutellaboratorium voor superroosters en microstructuren in het Institute of Semiconductors, Chinese Academie van Wetenschappen, Beijing en is ook aangesloten bij de Centrum voor materiaalkunde en opto-elektronica-engineering aan de Universiteit van de Chinese Academie van Wetenschappen. "Ons werk opent een realistische en veelbelovende route voor niet-vluchtige spintronische herinneringen van de volgende generatie die verder gaan dan de huidige stand van de techniek."

Ferromagnetisme bij kamertemperatuur

Wang, die samen met de ontwikkeling van het nieuwe apparaat leidde Haixi Chang van de State Key Laboratory of Material Processing and Die & Mould Technology aan de Huazhong University of Science and Technology en Wuhan Nationaal Centrum voor Hoge Magnetische Velden, schrijft zijn grote TMR toe aan twee kenmerken. De eerste is de intrinsieke eigenschappen van Fe₃Poort₂, die ferromagnetisch is boven kamertemperatuur. “We hebben de magnetoweerstand van een aantal van der Waals ferromagneet/halfgeleider juncties al een flink aantal jaren onderzocht waarbij de Curietemperatuur (de temperatuur waarboven een permanente magneet zijn magnetisme verliest) van de ferromagneet ver onder kamertemperatuur ligt”, zegt hij. notities. "We ontdekten dat grote magnetoweerstand en efficiënte spin-injectie alleen kunnen worden bereikt in niet-lineair transportgedrag van ferromagneet / halfgeleiderovergangen."

In tegenstelling tot de materialen die Wang en collega's eerder hebben onderzocht, Fe₃Poort₂ (dat het team relatief recent ontdekte) heeft een Curie-temperatuur van meer dan 380 K. De magnetische anisotropie is ook vergelijkbaar met (of zelfs beter dan) die van CoFeB, een ferrimagneet die veel wordt gebruikt in spintronica. (In tegenstelling tot ferromagneten, waarbij naburige magnetische momenten evenwijdig aan elkaar zijn, zijn bij ferrimagneten de momenten antiparallel maar ongelijk in grootte, wat een overblijvend spontaan magnetisme oplevert.) Belangrijk is dat Fe₃Poort₂ en CoFeB hebben beide sterk gepolariseerde Fermi-oppervlakken (de grens tussen bezette en onbezette elektronenenergietoestanden die veel eigenschappen van metalen en halfgeleiders definieert), wat voor CoFeB betekende dat er grote spin-gepolariseerde elektronenbronnen die bij kamertemperatuur werken, kunnen worden gemaakt .

Een beter afstandsstuk en apparaatontwerp

De tweede factor in het succes van het nieuwe apparaat, zegt Wang, is de hoge kwaliteit van de WSe₂ barrière. “We ontdekten dat het gebruik van Fe₃Poort₂ op zichzelf niet genoeg is en dat we alleen een kleine magnetoweerstand bij kamertemperatuur (van ongeveer 0.3%) konden bereiken in één type all-vdW spin-valves met behulp van een MoS₂ spacer', legt hij uit. "We realiseerden ons dat we een veel beter spacer- en apparaatontwerp nodig hadden dat zeer efficiënte elektronentunneling mogelijk maakte."

Ferrimagneten versnellen racebaanherinneringen

Wang zegt dat het werk van het team bevestigt dat zeer grote TMR's kunnen worden bereikt bij kamertemperatuur in volledig vdW-heterostructuren, wat hij beschrijft als een cruciale stap in de richting van 2D-spintronica-toepassingen. "Bovendien zou de zeer efficiënte spin-injectie in halfgeleiders ons in staat kunnen stellen de spinfysica van halfgeleiders te onderzoeken en nieuwe halfgeleider-spintronische apparaten te ontwikkelen", zegt hij.

Aangespoord door hun resultaten zijn de onderzoekers nu bezig de dikte van de spacerlaag aan te passen in een poging de TMR verder te verhogen. Een veelbelovende weg die ze verkennen, is het gebruik van de halfgeleider galliumarsenide (GaSe) met brede bandgap of de isolator hexagonaal boornitride (hBN) als afstandsmateriaal.

Ze beschrijven hun huidige studie in Chinese natuurkundebrieven.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/