Từ điện trở đường hầm lớn xuất hiện ở nhiệt độ phòng trong một đường giao nhau của đường hầm từ tính thu nhỏ

Các mối nối đường hầm từ tính (MTJ), bao gồm hai nam châm sắt được phân tách bằng vật liệu rào cản không từ tính, được tìm thấy trong một loạt công nghệ, bao gồm bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên từ tính trong ổ đĩa cứng máy tính cũng như cảm biến từ tính, thiết bị logic và điện cực trong các thiết bị spintronic. Tuy nhiên, chúng có một nhược điểm lớn, đó là chúng không hoạt động tốt khi được thu nhỏ xuống dưới 20 nm. Các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc hiện đã đẩy giới hạn này bằng cách phát triển van der Waals MTJ dựa trên diselenua vonfram bán dẫn (WSe₂) lớp đệm dày dưới 10 nm, kẹp giữa hai sắt từ sắt gali Tellurua (Fe₃Cánh cổng₂) điện cực. Thiết bị mới cũng có từ điện trở đường hầm lớn (TMR) ở 300 K, khiến nó phù hợp với các ứng dụng bộ nhớ.

“TMR lớn như vậy trong các MTJ siêu mỏng ở nhiệt độ phòng chưa từng được báo cáo trước đây trong các MTJ van der Waals (vdW) hai chiều,” cho biết Vương Khải Hữu, người chỉ đạo Phòng thí nghiệm Trọng điểm Nhà nước về Siêu mạng và Vi cấu trúc tại Viện Chất bán dẫn, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Bắc Kinh và cũng được liên kết với Trung tâm Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật Quang điện tử tại Đại học Khoa học Trung Quốc. “Công việc của chúng tôi mở ra một lộ trình thực tế và đầy hứa hẹn cho những ký ức điện tử spin không biến đổi thế hệ tiếp theo vượt xa trạng thái nghệ thuật hiện tại.”

sắt từ ở nhiệt độ phòng

Wang, người đã lãnh đạo quá trình phát triển thiết bị mới cùng với Hải Tân Trường của Phòng thí nghiệm Trọng điểm Nhà nước về Xử lý Vật liệu và Công nghệ Khuôn & Khuôn tại Đại học Khoa học và Công nghệ Huazhong và Trung tâm từ trường cao quốc gia Vũ Hán, gán TMR lớn của nó cho hai tính năng. Đầu tiên là tính chất nội tại của Fe₃Cánh cổng₂, đó là sắt từ trên nhiệt độ phòng. “Chúng tôi đã nghiên cứu từ điện trở của một số tiếp giáp sắt từ/bán dẫn van der Waals trong một vài năm, trong đó nhiệt độ Curie (nhiệt độ mà trên đó nam châm vĩnh cửu mất từ ​​tính) của sắt từ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ phòng,” ông ghi chú. “Chúng tôi nhận thấy điện trở lớn và quá trình bơm spin hiệu quả chỉ có thể đạt được trong hành vi vận chuyển phi tuyến tính của các mối nối sắt từ/bán dẫn.”

Trái ngược với các vật liệu mà Wang và các đồng nghiệp đã nghiên cứu trước đây, Fe₃Cánh cổng₂ (mà nhóm nghiên cứu phát hiện tương đối gần đây) có nhiệt độ Curie lớn hơn 380 K. Tính dị hướng từ tính của nó cũng tương đương với (hoặc thậm chí tốt hơn) so với CoFeB, một sắt từ được sử dụng rộng rãi trong điện tử học spin. (Không giống như các sắt từ, trong đó các mômen từ lân cận song song với nhau, trong các sắt từ, các mômen này phản song song nhưng không bằng nhau về độ lớn, tạo ra từ tính tự phát còn lại.) Điều quan trọng là, Fe₃Cánh cổng₂ và CoFeB đều có bề mặt Fermi phân cực cao (ranh giới giữa trạng thái năng lượng điện tử chiếm dụng và không sử dụng xác định nhiều tính chất của kim loại và chất bán dẫn), điều này đối với CoFeB có nghĩa là có thể tạo ra các nguồn điện tử phân cực spin lớn hoạt động ở nhiệt độ phòng từ nó .

Thiết kế thiết bị và miếng đệm tốt hơn

Wang cho biết yếu tố thứ hai dẫn đến thành công của thiết bị mới là chất lượng cao của WSe.₂ rào chắn. “Chúng tôi phát hiện ra rằng sử dụng Fe₃Cánh cổng₂ tự nó là không đủ và chúng ta chỉ có thể đạt được từ điện trở nhỏ ở nhiệt độ phòng (khoảng 0.3%) trong một loại van xoay toàn vdW sử dụng MoS₂ miếng đệm, anh ấy giải thích. “Chúng tôi nhận ra rằng chúng tôi cần thiết kế thiết bị và miếng đệm tốt hơn nhiều cho phép tạo đường hầm điện tử hiệu quả cao.”

Nam châm sắt tăng tốc ký ức đường đua

Wang cho biết công việc của nhóm xác nhận rằng có thể đạt được các TMR rất lớn ở nhiệt độ phòng trong các cấu trúc dị thể toàn vdW, mà ông mô tả là một bước quan trọng đối với các ứng dụng điện tử học spin 2D. Ông nói: “Ngoài ra, việc bơm spin hiệu quả cao vào chất bán dẫn có thể cho phép chúng tôi nghiên cứu vật lý spin của chất bán dẫn và phát triển các thiết bị điện tử spin bán dẫn khái niệm mới.

Được thúc đẩy bởi kết quả của họ, các nhà nghiên cứu hiện đang bận rộn điều chỉnh độ dày của lớp đệm nhằm cố gắng tăng thêm TMR. Một con đường đầy hứa hẹn mà họ đang khám phá là sử dụng chất bán dẫn dải rộng gallium arsenide (GaSe) hoặc chất cách điện boron nitride lục giác (hBN) làm vật liệu đệm.

Họ trình bày chi tiết nghiên cứu hiện tại của họ trong Chữ cái Vật lý Trung Quốc.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/