Magnetorezistența mare de tunel apare la temperatura camerei într-o joncțiune de tunel magnetic miniaturizată

Joncțiunile magnetice de tunel (MTJ), care constau din doi feromagneți separați de un material de barieră nemagnetic, se găsesc într-o serie de tehnologii, inclusiv memorii magnetice cu acces aleatoriu în hard disk-urile computerelor, precum și senzori magnetici, dispozitive logice și electrozi. în aparatele spintronice. Cu toate acestea, au un dezavantaj major, și anume că nu funcționează bine atunci când sunt miniaturizate la sub 20 nm. Cercetătorii din China au depășit acum această limită prin dezvoltarea unui van der Waals MTJ bazat pe o diseleniră de tungsten semiconductoare (WSe₂) strat distanțier cu o grosime mai mică de 10 nm, cuprins între două telururi de galiu feromagnetice (Fe₃Poartă₂) electrozi. Noul dispozitiv are, de asemenea, o magnetoresistență mare de tunel (TMR) la 300 K, ceea ce îl face potrivit pentru aplicații de memorie.

„Un TMR atât de mare în MTJ-uri ultrasubțiri la temperatura camerei nu a mai fost niciodată raportat înainte în toate MTJ-urile van der Waals (vdW) bidimensionale”, spune Kaiyou Wang, care conduce Laboratorul cheie de stat pentru superlatice și microstructuri din Institutul de Semiconductori, Academia Chineză de Științe, Beijing și este, de asemenea, afiliat cu Centrul de Știința Materialelor și Inginerie Optoelectronică de la Universitatea din Academia Chineză de Științe. „Munca noastră deschide o cale realistă și promițătoare pentru amintirile spintronice nevolatile de ultimă generație, dincolo de stadiul actual al tehnicii.”

Feromagnetismul la temperatura camerei

Wang, care a condus împreună cu dezvoltarea noului dispozitiv Haixin Chang a Laboratorul cheie de stat de prelucrare a materialelor și tehnologia matrițelor și matrițelor de la Universitatea de Știință și Tehnologie Huazhong si Centrul Național de Câmp Magnetic Înalt Wuhan, atribuie TMR mare la două caracteristici. Primul este proprietățile intrinseci ale Fe₃Poartă₂, care este feromagnetic peste temperatura camerei. „Am investigat magnetorezistenta unui număr de joncțiuni van der Waals feromagnet/semiconductor timp de câțiva ani în care temperatura Curie (temperatura peste care un magnet permanent își pierde magnetismul) a feromagnetului este mult sub temperatura camerei”, a spus el. note. „Am descoperit că magnetorezistă mare și injecție eficientă de spin pot fi realizate numai în comportamentul de transport neliniar al joncțiunilor feromagnet/semiconductor.”

Spre deosebire de materialele investigate anterior de Wang și colegii, Fe₃Poartă₂ (pe care echipa a descoperit-o relativ recent) are o temperatură Curie de peste 380 K. Anizotropia sa magnetică este, de asemenea, comparabilă cu (sau chiar mai bună decât) cea a CoFeB, un ferimagnet utilizat pe scară largă în spintronica. (Spre deosebire de feromagneți, în care momentele magnetice învecinate sunt paralele între ele, în ferimagneți momentele sunt anti-paralele, dar inegale ca mărime, producând un magnetism spontan rezidual.) Important, Fe₃Poartă₂ și CoFeB ambele au suprafețe Fermi foarte polarizate (granița dintre stările de energie a electronilor ocupate și neocupate care definește multe dintre proprietățile metalelor și semiconductorilor), ceea ce pentru CoFeB a însemnat că din el pot fi făcute surse mari de electroni polarizați cu spin care funcționează la temperatura camerei. .

Un distanțier și un design mai bun al dispozitivului

Al doilea factor în succesul noului dispozitiv, spune Wang, este calitatea înaltă a WSe₂ barieră. „Am descoperit că folosind Fe₃Poartă₂ pe cont propriu nu este suficient și că am putea obține doar o magnetorezistă mică la temperatura camerei (de aproximativ 0.3%) într-un tip de supape de spin all-vdW folosind un MoS₂ distanțier”, explică el. „Ne-am dat seama că avem nevoie de un distanțier și un design de dispozitiv mult mai bun, care să permită un tunel de electroni foarte eficient.”

Ferimagneții accelerează amintirile din circuitul de curse

Wang spune că munca echipei confirmă că TMR-uri foarte mari pot fi obținute la temperatura camerei în heterostructuri toate vdW, pe care el le descrie ca fiind un pas crucial către aplicațiile spintronice 2D. „Dincolo de asta, injecția extrem de eficientă de spin în semiconductori ne-ar putea permite să investigăm fizica spinului semiconductorilor și să dezvoltăm un nou concept de dispozitive spintronice semiconductoare”, spune el.

Stimulați de rezultatele lor, cercetătorii sunt acum ocupați să ajusteze grosimea stratului distanțier în încercarea de a crește și mai mult TMR. O cale promițătoare pe care o explorează este să folosească arseniura de galiu semiconductor cu bandă largă (GaSe) sau nitrura de bor hexagonală izolatoare (hBN) ca material distanțier.

Ei își detaliază studiul prezent în Litere de fizică chineză.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/