Velik tunelski magnetni upor se pojavi pri sobni temperaturi v miniaturiziranem magnetnem tunelskem spoju

Magnetni tunelski spoji (MTJ), ki so sestavljeni iz dveh feromagnetov, ločenih z nemagnetnim pregradnim materialom, najdemo v množici tehnologij, vključno z magnetnimi pomnilniki z naključnim dostopom v računalniških trdih diskih ter magnetnih senzorjih, logičnih napravah in elektrodah. v napravah spintronic. Imajo pa veliko pomanjkljivost, to je, da ne delujejo dobro, ko so miniaturizirani pod 20 nm. Raziskovalci na Kitajskem so zdaj premaknili to mejo z razvojem van der Waalsovega MTJ, ki temelji na polprevodniškem volframovem diselenidu (WSe₂) distančna plast, debela manj kot 10 nm, stisnjena med dva feromagnetna železov galijev telurid (Fe₃Vrata₂) elektrode. Nova naprava ima tudi velik tunelski magnetni upor (TMR) pri 300 K, zaradi česar je primerna za pomnilniške aplikacije.

"O tako velikem TMR v ultratankih MTJ pri sobni temperaturi še nikoli niso poročali pri povsem dvodimenzionalnih van der Waalsovih (vdW) MTJ," pravi Kaiyou Wang, ki vodi Državni ključni laboratorij za supermreže in mikrostrukture na Inštitutu za polprevodnike Kitajske akademije znanosti, Peking in je tudi povezan z Center za znanost o materialih in optoelektroniko na Univerzi Kitajske akademije znanosti. "Naše delo odpira realistično in obetavno pot za naslednjo generacijo nehlapnih spintronskih spominov, ki presegajo trenutno stanje tehnike."

Feromagnetizem pri sobni temperaturi

Wang, ki je vodil razvoj nove naprave skupaj z Haixin Chang od Državni ključni laboratorij za obdelavo materialov ter tehnologijo kalupov in kalupov na Univerzi za znanost in tehnologijo Huazhong in Nacionalni center za visoko magnetno polje Wuhan, svoj velik TMR pripisuje dvema značilnostima. Prvi so intrinzične lastnosti Fe₃Vrata₂, ki je feromagneten nad sobnimi temperaturami. "Kar nekaj let smo raziskovali magnetno upornost številnih van der Waalsovih feromagnetnih/polprevodniških stikov, pri katerih je Curiejeva temperatura (temperatura, nad katero trajni magnet izgubi svoj magnetizem) feromagneta daleč pod sobno temperaturo," je dejal. opombe. "Ugotovili smo, da je velik magnetni upor in učinkovito vrtilno injekcijo mogoče doseči le pri nelinearnem transportnem obnašanju feromagnetnih/polprevodniških stičišč."

V nasprotju z materiali, ki so jih Wang in njegovi sodelavci predhodno raziskali, je Fe₃Vrata₂ (ki ga je ekipa odkrila relativno nedavno) ima Curiejevo temperaturo več kot 380 K. Njegova magnetna anizotropija je prav tako primerljiva (ali celo boljša od) tiste pri CoFeB, ferimagnetu, ki se pogosto uporablja v spintroniki. (Za razliko od feromagnetov, kjer so sosednji magnetni momenti med seboj vzporedni, so pri ferimagnetih momenti protivzporedni, vendar neenaki po velikosti, kar povzroči preostali spontani magnetizem.) Pomembno je, da Fe₃Vrata₂ in CoFeB imata oba visoko polarizirane Fermijeve površine (meja med zasedenimi in nezasedenimi elektronskimi energijskimi stanji, ki določa številne lastnosti kovin in polprevodnikov), kar za CoFeB pomeni, da je mogoče iz njega izdelati velike spinsko polarizirane vire elektronov, ki delujejo pri sobni temperaturi .

Boljša oblika distančnika in naprave

Drugi dejavnik pri uspehu nove naprave, pravi Wang, je visoka kakovost WSe₂ pregrada. »Odkrili smo, da uporaba Fe₃Vrata₂ samo po sebi ni dovolj in da bi lahko dosegli le majhen magnetni upor pri sobni temperaturi (približno 0.3 %) v eni vrsti vrtilnih ventilov vseh VdW z uporabo MoS₂ distančnik,« pojasnjuje. "Spoznali smo, da potrebujemo veliko boljši distančnik in zasnovo naprave, ki omogoča visoko učinkovito tuneliranje elektronov."

Ferimagneti pospešijo spomine na dirkalne steze

Wang pravi, da delo ekipe potrjuje, da je mogoče doseči zelo velike TMR pri sobni temperaturi v heterostrukturah z vsemi vdW, kar opisuje kot ključni korak k aplikacijam 2D ​​spintronike. "Poleg tega bi nam visoko učinkovita vrtilna injekcija v polprevodnike lahko omogočila raziskovanje polprevodniške vrtilne fizike in razvoj novih konceptnih polprevodniških spintronskih naprav," pravi.

Spodbujeni s svojimi rezultati so raziskovalci zdaj zaposleni s prilagajanjem debeline distančne plasti, da bi še povečali TMR. Ena obetavna pot, ki jo raziskujejo, je uporaba širokopasovnega polprevodniškega galijevega arzenida (GaSe) ali izolatorskega heksagonalnega borovega nitrida (hBN) kot distančnega materiala.

Svojo sedanjo študijo podrobno opisujejo v Kitajska pisma fizike.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/