Duży magnetoopór tunelowy pojawia się w temperaturze pokojowej w zminiaturyzowanym magnetycznym złączu tunelowym

Magnetyczne złącza tunelowe (MTJ), które składają się z dwóch ferromagnesów oddzielonych niemagnetycznym materiałem barierowym, znajdują się w wielu technologiach, w tym w magnetycznych pamięciach o swobodnym dostępie w dyskach twardych komputerów, a także w czujnikach magnetycznych, urządzeniach logicznych i elektrodach w urządzeniach spintronicznych. Mają jednak poważną wadę, a mianowicie to, że nie działają dobrze, gdy są zminiaturyzowane do poniżej 20 nm. Naukowcy z Chin przesunęli teraz tę granicę, opracowując MTJ van der Waalsa na bazie półprzewodnikowego diselenku wolframu (WSe₂) warstwa dystansowa o grubości mniejszej niż 10 nm, umieszczona pomiędzy dwoma ferromagnetycznymi żelazowo-galowymi tellurkami (Fe₃Brama₂) elektrody. Nowe urządzenie ma również duży magnetoopór tunelowy (TMR) przy 300 K, dzięki czemu nadaje się do zastosowań związanych z pamięcią.

„Tak dużego TMR w ultracienkich MTJ w temperaturze pokojowej nigdy wcześniej nie odnotowano we wszystkich dwuwymiarowych van der Waalsa (vdW) MTJ”, mówi Kaiyou Wang, który kieruje Państwowe Kluczowe Laboratorium Supersieci i Mikrostruktur w Instytucie Półprzewodników Chińskiej Akademii Nauk w Pekinie i jest również powiązany z Centrum Inżynierii Materiałowej i Optoelektroniki na Uniwersytecie Chińskiej Akademii Nauk. „Nasza praca otwiera realistyczną i obiecującą drogę dla nieulotnych pamięci spintronicznych nowej generacji, wykraczających poza obecny stan wiedzy”.

Ferromagnetyzm w temperaturze pokojowej

Wang, który razem z nim kierował rozwojem nowego urządzenia Haixin Chang ukończenia Państwowe Kluczowe Laboratorium Obróbki Materiałów oraz Technologii Matryc i Form na Uniwersytecie Nauki i Technologii w Huazhong oraz Narodowe Centrum Silnych Pól Magnetycznych w Wuhan, przypisuje swój duży TMR dwóm cechom. Pierwszym z nich są wewnętrzne właściwości Fe₃Brama₂, który jest ferromagnetyczny powyżej temperatury pokojowej. „Przez kilka lat badaliśmy rezystancję magnetyczną wielu złączy van der Waalsa ferromagnes/półprzewodnik, w których temperatura Curie (temperatura, powyżej której magnes trwały traci swój magnetyzm) ferromagnesu jest znacznie niższa od temperatury pokojowej”, mówi. notatki. „Odkryliśmy, że duży magnetoopór i wydajne wstrzykiwanie spinu można osiągnąć tylko w nieliniowym zachowaniu transportowym złączy ferromagnes/półprzewodnik”.

W przeciwieństwie do materiałów, które Wang i współpracownicy badali wcześniej, Fe₃Brama₂ (który zespół odkrył stosunkowo niedawno) ma temperaturę Curie powyżej 380 K. Jego anizotropia magnetyczna jest również porównywalna (lub nawet lepsza niż) CoFeB, ferrimagnesu szeroko stosowanego w spintronice. (W przeciwieństwie do ferromagnesów, w których sąsiednie momenty magnetyczne są do siebie równoległe, w ferrimagnesach momenty są przeciwrównoległe, ale nierówne co do wielkości, dając szczątkowy spontaniczny magnetyzm.) Co ważne, Fe₃Brama₂ i CoFeB mają silnie spolaryzowane powierzchnie Fermiego (granica między zajętymi i niezajętymi stanami energii elektronów, która określa wiele właściwości metali i półprzewodników), co w przypadku CoFeB oznaczało, że można z niego wytwarzać duże źródła elektronów o spolaryzowanym spinie działające w temperaturze pokojowej .

Lepszy element dystansowy i konstrukcja urządzenia

Drugim czynnikiem sukcesu nowego urządzenia, jak mówi Wang, jest wysoka jakość WSe₂ bariera. „Odkryliśmy, że użycie Fe₃Brama₂ sam w sobie nie wystarczy i że moglibyśmy osiągnąć tylko mały magnetoopór w temperaturze pokojowej (około 0.3%) w jednym typie wszystkich zaworów spinowych vdW przy użyciu MoS₂ dystans – wyjaśnia. „Zdaliśmy sobie sprawę, że potrzebujemy znacznie lepszej przekładki i konstrukcji urządzenia, które umożliwią wysoce wydajne tunelowanie elektronów”.

Ferrimagnesy przyspieszają zapamiętywanie torów wyścigowych

Wang mówi, że praca zespołu potwierdza, że ​​bardzo duże TMR można osiągnąć w temperaturze pokojowej w heterostrukturach all-vdW, co opisuje jako kluczowy krok w kierunku zastosowań spintroniki 2D. „Ponadto wysoce wydajne wstrzykiwanie spinu do półprzewodników może pozwolić nam zbadać fizykę spinu półprzewodników i opracować nową koncepcję półprzewodnikowych urządzeń spintronicznych” – mówi.

Zachęceni swoimi wynikami, naukowcy są teraz zajęci dostosowywaniem grubości warstwy dystansowej, próbując jeszcze bardziej zwiększyć TMR. Jedną z obiecujących możliwości, które badają, jest wykorzystanie półprzewodnikowego arsenku galu (GaSe) o szerokim paśmie wzbronionym lub izolatora z sześciokątnego azotku boru (hBN) jako materiału dystansowego.

Szczegółowo opisują swoje obecne badania w Chińskie litery fizyki.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/