Stor tunnelmagnetoresistens vises ved romtemperatur i et miniatyrisert magnetisk tunnelkryss

Magnetic tunnel junctions (MTJs), som består av to ferromagneter atskilt av et ikke-magnetisk barrieremateriale, finnes i en rekke teknologier, inkludert magnetiske tilfeldig tilgangsminner i datamaskinharddisker, så vel som magnetiske sensorer, logiske enheter og elektroder i spintronic-enheter. De har imidlertid en stor ulempe, som er at de ikke fungerer godt når de er miniatyrisert til under 20 nm. Forskere i Kina har nå presset denne grensen ved å utvikle en van der Waals MTJ basert på et halvledende wolframdiselenid (WSe)₂) avstandslag mindre enn 10 nm tykt, klemt mellom to ferromagnetiske jern gallium telluride (Fe₃Port₂) elektroder. Den nye enheten har også en stor tunnelmagnetoresistans (TMR) ved 300 K, noe som gjør den egnet for minneapplikasjoner.

"En så stor TMR i ultratynne MTJ-er ved romtemperatur har aldri blitt rapportert før i alle-todimensjonale van der Waals (vdW) MTJ-er," sier Kaiyou Wang, som leder State Key Laboratory for Superlattices and Microstructures i Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing og er også tilknyttet Center of Materials Science and Optolectronics Engineering ved University of Chinese Academy of Sciences. "Vårt arbeid åpner en realistisk og lovende rute for neste generasjons ikke-flyktige spintroniske minner utover den nåværende toppmoderne."

Romtemperatur ferromagnetisme

Wang, som ledet den nye enhetens utvikling sammen med Haixin Chang av State Key Laboratory of Material Processing and Die & Mold Technology ved Huazhong University of Science and Technology og Wuhan National High Magnetic Field Center, tilskriver dens store TMR to funksjoner. Den første er de iboende egenskapene til Fe₃Port₂, som er ferromagnetisk over romtemperatur. "Vi har undersøkt magnetoresistensen til en rekke van der Waals ferromagnet/halvleder-kryss i ganske mange år der Curie-temperaturen (temperaturen over hvilken en permanent magnet mister magnetismen) til ferromagneten er langt under romtemperatur," han notater. "Vi fant at stor magnetoresistens og effektiv spinninjeksjon bare kan oppnås i ikke-lineær transportoppførsel av ferromagnet/halvlederforbindelser."

I motsetning til materialene Wang og kollegene undersøkte tidligere, har Fe₃Port₂ (som teamet oppdaget relativt nylig) har en Curie-temperatur på mer enn 380 K. Dens magnetiske anisotropi er også sammenlignbar med (eller enda bedre enn) den til CoFeB, en ferrimagnet som er mye brukt i spintronikk. (I motsetning til ferromagneter, hvor nabomagnetiske momenter er parallelle med hverandre, i ferrimagneter er momentene antiparallelle, men ulik i størrelse, noe som gir en gjenværende spontan magnetisme.) Viktigere, Fe₃Port₂ og CoFeB har begge svært polariserte Fermi-overflater (grensen mellom okkuperte og ledige elektronenergitilstander som definerer mange av egenskapene til metaller og halvledere), noe som for CoFeB har betydd at store spinnpolariserte elektronkilder som opererer ved romtemperatur kan lages fra det .

En bedre avstandsholder og enhetsdesign

Den andre faktoren i den nye enhetens suksess, sier Wang, er den høye kvaliteten på WSe₂ barriere. "Vi oppdaget at ved å bruke Fe₃Port₂ i seg selv er ikke nok, og at vi bare kunne oppnå en liten romtemperatur magnetoresistens (på rundt 0.3%) i en type all-vdW spin-ventiler ved å bruke en MoS₂ spacer, forklarer han. "Vi innså at vi trengte et mye bedre avstandsstykke og enhetsdesign som muliggjorde svært effektiv elektrontunnelering."

Ferrimagneter øker minnene på racerbane

Wang sier teamets arbeid bekrefter at svært store TMR-er kan oppnås ved romtemperatur i all-vdW-heterostrukturer, som han beskriver som et avgjørende skritt mot 2D-spintronics-applikasjoner. "Utover det kan den svært effektive spinninjeksjonen i halvledere tillate oss å undersøke halvlederspinnfysikk og utvikle nye konsept halvlederspintroniske enheter," sier han.

Ansporet av resultatene deres er forskerne nå opptatt med å justere tykkelsen på avstandslaget i et forsøk på å øke TMR ytterligere. En lovende vei de utforsker er å bruke den brede båndgap-halvlederen galliumarsenid (GaSe) eller isolatoren hexagonal bornitrid (hBN) som et avstandsmateriale.

De beskriver sin nåværende studie i Kinesiske fysikkbokstaver.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/