室温下微型磁隧道结中出现大隧道磁阻

磁性隧道结 (MTJ) 由两个由非磁性阻挡材料隔开的铁磁体组成，广泛应用于许多技术领域，包括计算机硬盘驱动器中的磁性随机存取存储器以及磁性传感器、逻辑器件和电极在自旋电子器件中。 不过，它们确实有一个主要缺点，那就是当微型化到 20 纳米以下时它们不能很好地工作。 中国的研究人员现在通过开发基于半导体二硒化钨 (WSe) 的范德华 MTJ 来突破这一极限₂) 间隔层小于 10 nm 厚，夹在两个铁磁性铁碲化镓 (Fe₃门₂）电极。 新器件还具有 300 K 的大隧道磁阻 (TMR)，使其适用于存储器应用。

“以前从未在全二维范德华 (vdW) MTJ 中报道过室温下超薄 MTJ 中如此大的 TMR，”说 王凯友, 谁指挥 中国科学院半导体研究所超晶格与微结构国家重点实验室，北京 并且还隶属于 中国科学院大学材料科学与光电工程中心. “我们的工作为超越当前技术水平的下一代非易失性自旋电子存储器开辟了一条现实而有希望的途径。”

常温铁磁性

领导新设备开发的 Wang 与 常海欣 的 华中科技大学材料加工与模具技术国家重点实验室 和 武汉国家强磁场中心，将其较大的 TMR 归因于两个特征。 首先是Fe的本征性质₃门₂，在室温以上是铁磁性的。 “多年来，我们研究了许多范德瓦尔斯铁磁体/半导体结的磁阻，其中铁磁体的居里温度（永磁体失去磁性的温度）远低于室温，”他笔记。 “我们发现大磁阻和高效自旋注入只能在铁磁体/半导体结的非线性传输行为中实现。”

与 Wang 及其同事之前研究的材料相比，Fe₃门₂ （该团队最近发现的）居里温度超过 380 K。它的磁各向异性也与 CoFeB（一种广泛应用于自旋电子学的亚铁磁体）相当（甚至更好）。 （与相邻磁矩彼此平行的铁磁体不同，亚铁磁体中的磁矩是反平行的，但大小不相等，从而产生剩余自发磁性。）重要的是，Fe₃门₂ 和 CoFeB 都具有高度极化的费米表面（占据和未占据的电子能态之间的边界，定义了金属和半导体的许多特性），这对于 CoFeB 来说意味着可以由它制成在室温下运行的大型自旋极化电子源.

更好的垫片和设备设计

Wang 说，新设备成功的第二个因素是 WSe 的高质量₂ 屏障。 “我们发现使用 Fe₃门₂ 仅靠其本身是不够的，我们只能在一种使用 MoS0.3 的全 vdW 自旋阀中实现小的室温磁阻（大约 XNUMX%）₂ 垫片，”他解释道。 “我们意识到我们需要更好的间隔物和设备设计，以实现高效的电子隧穿。”

亚铁磁体加速赛道记忆

Wang 说，该团队的工作证实，在室温下可以在全 vdW 异质结构中实现非常大的 TMR，他将其描述为迈向二维自旋电子学应用的关键一步。 “除此之外，高效的自旋注入半导体可以让我们研究半导体自旋物理学并开发新概念的半导体自旋电子器件，”他说。

在他们的结果的激励下，研究人员现在正忙于调整间隔层的厚度，以试图进一步增加 TMR。 他们正在探索的一个有前途的途径是使用宽带隙半导体砷化镓 (GaSe) 或绝缘体六方氮化硼 (hBN) 作为间隔材料。

他们详细介绍了他们目前的研究 中国物理快报.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/large-tunnel-magnetoresistance-appears-at-room-temperature-in-a-miniaturized-magnetic-tunnel-junction/