Великий тунельний магнітоопір з’являється при кімнатній температурі в мініатюрному магнітному тунельному переході

Магнітні тунельні переходи (MTJ), які складаються з двох феромагнетиків, розділених немагнітним бар’єрним матеріалом, використовуються в багатьох технологіях, включаючи магнітну пам’ять з довільним доступом у жорстких дисках комп’ютерів, а також магнітні датчики, логічні пристрої та електроди. в спінтронних пристроях. Однак у них є серйозний недолік, який полягає в тому, що вони погано працюють, коли мініатюризуються до рівня нижче 20 нм. Дослідники з Китаю тепер розширили цю межу, розробивши Ван-дер-Ваальсов MTJ на основі напівпровідникового диселеніду вольфраму (WSe₂) роздільний шар товщиною менше 10 нм, затиснутий між двома феромагнітними телуридом галію заліза (Fe₃GaT₂) електроди. Новий пристрій також має великий тунельний магнітоопір (TMR) при 300 K, що робить його придатним для програм пам’яті.

«Такий великий TMR в ультратонких MTJ при кімнатній температурі ніколи раніше не повідомлявся в повністю двовимірних MTJ Ван-дер-Ваальса (vdW),» говорить Кайю Ван, який керує Державна ключова лабораторія надграток і мікроструктур в Інституті напівпровідників Китайської академії наук, Пекін а також пов'язаний з Центр матеріалознавства та оптоелектронної інженерії при Університеті Китайської академії наук. «Наша робота відкриває реалістичний і багатообіцяючий шлях для енергонезалежної спінтронної пам’яті наступного покоління за межами поточного рівня техніки».

Феромагнетизм кімнатної температури

Ван, який керував розробкою нового пристрою разом з Хайсінь Чанг в Державна ключова лабораторія обробки матеріалів і технології штампів і форм при Науково-технологічному університеті Хуачжун і Уханьський національний центр сильного магнітного поля, пояснює свій великий TMR двома особливостями. По-перше, це внутрішні властивості Fe₃GaT₂, який є феромагнітним вище кімнатної температури. «Ми досліджували магнітоопір низки ван-дер-ваальсових переходів феромагнетик/напівпровідник протягом досить кількох років, у яких температура Кюрі (температура, вище якої постійний магніт втрачає магнетизм) феромагнетика значно нижча від кімнатної», — сказав він. примітки. «Ми виявили, що великий магнітоопір і ефективна спінова ін’єкція можуть бути досягнуті лише при нелінійній транспортній поведінці переходів феромагнетик/напівпровідник».

На відміну від матеріалів, які Ван і його колеги досліджували раніше, Fe₃GaT₂ (який команда виявила порівняно недавно) має температуру Кюрі понад 380 К. Його магнітна анізотропія також порівнянна (або навіть краща) з анізотропією CoFeB, феримагнетика, який широко використовується в спінтроніці. (На відміну від феромагнетиків, де сусідні магнітні моменти паралельні один одному, у феримагнетиках моменти антипаралельні, але неоднакові за величиною, що призводить до залишкового спонтанного магнетизму.) Важливо, що Fe₃GaT₂ і CoFeB обидва мають сильно поляризовані поверхні Фермі (межа між зайнятими і незайнятими енергетичними станами електронів, яка визначає багато властивостей металів і напівпровідників), що для CoFeB означає, що з нього можна створювати великі спін-поляризовані джерела електронів, що працюють при кімнатній температурі. .

Кращий розпір і дизайн пристрою

Другим фактором успіху нового пристрою, каже Ван, є висока якість WSe₂ бар'єр. «Ми виявили, що використання Fe₃GaT₂ самого по собі недостатньо, і що ми можемо досягти лише невеликого магнітоопору при кімнатній температурі (приблизно 0.3%) в одному типі спін-вентилів, що повністю працюють у VdW, використовуючи MoS₂ прокладка», – пояснює він. «Ми зрозуміли, що нам потрібен набагато кращий спейсер і конструкція пристрою, яка б дозволяла високоефективне тунелювання електронів».

Ферімагнетики прискорюють пам'ять про іподроми

Ван каже, що робота команди підтверджує, що дуже великі TMR можуть бути досягнуті при кімнатній температурі в повністю VdW гетероструктурах, що він описує як важливий крок до застосування 2D спінтроніки. «Крім того, високоефективна спінова ін’єкція в напівпровідники може дозволити нам досліджувати фізику обертання напівпровідників і розробляти нові концептуальні напівпровідникові спінтронні пристрої», — говорить він.

Спонукані отриманими результатами, дослідники зараз зайняті коригуванням товщини прокладочного шару, намагаючись ще більше збільшити TMR. Одним із перспективних напрямків, який вони досліджують, є використання широкозонного напівпровідника арсеніду галію (GaSe) або гексагонального нітриду бору ізолятора (hBN) як роздільного матеріалу.

Вони детально описують своє поточне дослідження в Китайські літери з фізики.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/