تظهر المقاومة المغناطيسية للأنفاق العملاقة في مغناطيس مضاد

لاحظ الباحثون في الصين المقاومة المغناطيسية للأنفاق العملاقة (TMR) في تقاطع نفق مغناطيسي مصنوع من المغناطيس المضاد CrSBr. عند تبريده إلى درجة حرارة 5 كلفن ، أظهر الهيكل الجديد مقاومة مغناطيسية بنسبة 47,000٪ - أعلى من تقاطعات الأنفاق المغناطيسية التجارية - واحتفظ بنسبة 50٪ من TMR عند 130 كلفن ، وهو أعلى بكثير من نقطة غليان النيتروجين السائل. وفقًا لمطوريها ، يمكن تصنيع الهيكل بطريقة متوافقة مع عملية رش المغنطرون المستخدمة في صنع أجهزة spintronics التقليدية. هذه الصفات ، جنبًا إلى جنب مع حقيقة أن CrSBr مستقرة في الهواء ، تجعلها منصة مرشح واعدة للأجهزة spintronic ، كما يقولون.

تتكون تقاطعات الأنفاق المغناطيسية القياسية (MTJs) من مغنطيسين حديديين مفصولين بمادة حاجز غير مغناطيسي. تم العثور عليها في مجموعة من تقنيات spintronics ، بما في ذلك ذكريات الوصول العشوائي المغناطيسي ، وأجهزة الاستشعار المغناطيسية والأجهزة المنطقية.

تعد الوصلات القائمة على مغانط مغناطيسية مضادة من النوع A من نوع van der Waals مثل CrSBr وهاليدات الكروم الأخرى بديلاً جذابًا لمركبات MTJ التقليدية بفضل مقاومتها المغناطيسية العالية بشكل غير عادي في الأنفاق. إنها تعمل بفضل تأثير مرشح الدوران ، حيث يتم ربط الإلكترون (أو اللحظات المغناطيسية) لذرات الكروم في CrSBr مغناطيسيًا مع ذرات أخرى في طبقتها ومضاد مغناطيسي مقترن بالذرات الموجودة في الطبقات المجاورة. بمعنى آخر ، محاذاة الدورات المتوازية مع بعضها البعض في الطبقات الفردية ومضادة للتوازي مع بعضها البعض بين الطبقات المجاورة.

في حين أن مقاومة الأنفاق العالية لما يسمى MTJs (sf-MTJs) تجعلهم مرشحين جيدًا للذكريات المغناطيسية ، إلا أن لديهم بعض العيوب. والجدير بالذكر أن المواد المصنوعة منها تميل إلى أن تكون غير مستقرة وعرضة لفقدان مغناطيسيتها في درجات الحرارة العالية. هذا يجعل من الصعب استخدامها في أجهزة spintronic العملية.

التغلب على تحديات التصنيع

في أحدث دراسة ، قام الباحثون بقيادة Guoqiang Yu من مختبر بكين الوطني لفيزياء المواد المكثفة طور تقنية تصنيع جديدة لهذه المواد المرغوبة. العمل مع زملائهم في بكين ودونغقوان وووهان ، بدأوا بإيداع طبقة ثنائية من البلاتين (Pt) والذهب (Au) على Si / SiO₂ رقائق باستخدام الاخرق المغنطرون DC.

بعد ذلك ، حلق أعضاء الفريق ميكانيكيًا رقائق رقيقة من CrSBr من عينة من المادة السائبة ووضعوها على Si / SiO₂/ ركائز Pt / Au. مكنهم ذلك من الحصول على رقائق CrSBr رفيعة نسبيًا على Pt / Au مع أسطح نظيفة وجديدة. في هذه المرحلة ، قام الباحثون بإيداع طبقة أخرى من البلاتين على CrSBr بقوة رشاش فائقة الانخفاض تبلغ 3-5 وات وضغط ترسيب مرتفع نسبيًا يبلغ حوالي 1 باسكال. وأخيرًا ، استخدموا الطباعة الحجرية فوق البنفسجية وطحن الأيونات Ar لتصنيع عدة سادس. -MTJs من الهيكل متعدد الطبقات الذي قاموا بإنشائه.

خصائص واعدة

تتمتع sf-MTJs الجديدة بالعديد من الخصائص المفضلة. يشرح يو قائلاً: "الأول هو أن المسار الذي استخدمناه لجعلها أكثر توافقًا مع تلك المستخدمة لتصنيع الأكوام المعدنية التقليدية للإلكترونيات السفلية". "والثاني هو أنهم يحتفظون بنسبة 50 ٪ من TMR حتى عند درجة حرارة 130 كلفن ، وهي درجة حرارة العمل القياسية حتى الآن لـ sf-MTJs."

يشير Yu إلى أن درجة حرارة التشغيل القياسية هذه لا تقل كثيرًا عن درجة حرارة Néel المزعومة لـ CrSBr ، والتي تمنع بعدها الطاقة الحرارية للمادة من محاذاة لحظات الدوران. يضيف يو أن درجة حرارة التشغيل المرتفعة نسبيًا تأتي مع ميزة عملية مهمة. "بالمقارنة مع هذه التقاطعات السابقة ، قد تعمل sf-MTJs لدينا في نطاق درجة حرارة النيتروجين السائل وربما حتى في درجة حرارة الغرفة ،" يلاحظ. "وبفضل استقرارها في الهواء ، فهي أكثر ملاءمة لتطبيقات العالم الحقيقي."

تظهر المغناطيسية البيزومغناطيسية الكبيرة في مغناطيس مضاد

هذا ليس كل شيء. CrSBr هو أيضًا أحد أشباه الموصلات ، لذا فإن الطبقات المجاورة لها لها لحظات مغناطيسية معاكسة عند صفر أو حقول مغناطيسية صغيرة. هذا يعني أنه يمكن استخدامه كطبقة حاجزة في درجات حرارة منخفضة. "في هذا التكوين ، يجب أن تواجه جميع الإلكترونات ، سواء كانت تدور لأعلى أو لأسفل ، ارتفاعًا أعلى للحاجز بعد الاستقطاب في اتجاه دوران واحد أو آخر عن طريق المرور عبر الطبقة الأولى لأن الطبقة التالية لها اتجاه دوران معاكس ، مما يؤدي إلى ارتفاع لمقاومة الأنفاق العالية "، يقول يو عالم الفيزياء. "عندما يكون المجال المغناطيسي المطبق كبيرًا بدرجة كافية ، فإن جميع اللحظات المغناطيسية تتماشى مع هذا المجال ، وفي هذه الحالة ، تواجه الإلكترونات ذات الدوران الموازي لاتجاه المجال ارتفاعًا أقل للحاجز ، مما يؤدي إلى انخفاض مقاومة النفق."

الباحثون الذين أبلغوا عن عملهم في رسائل الفيزياء الصينية, تشير إلى أنه يمكن استخدام الوصلات الجديدة في أجهزة spintronic استنادًا إلى مجموعة من طبقات قليلة من CrSBr. يقول يو: "كشفت دراستنا أن sf-MTJs القائمة على مغانط مغناطيسية مضادة ثنائية الأبعاد من النوع A لها بعض الخصائص البارزة". "سنحاول الآن العثور على مغناطيس حديدي من النوع A 2D vdW مع درجة حرارة Néel أعلى لتحسين درجة حرارة العمل في التقاطع الذي قمنا به بحيث يكون أكثر ملاءمة للتطبيقات."

يقول الباحثون إن التحدي الآخر سيكون اكتشاف طريقة لمعالجة المغناطيسية الكهربائية على المغناطيس المضاد من النوع A حتى يتمكنوا من بناء أجهزة spintronic تعمل بكامل طاقتها.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• أفلاطونايستريم. ذكاء بيانات Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• سك المستقبل مع أدرين أشلي. الوصول هنا.
• شراء وبيع الأسهم في شركات ما قبل الاكتتاب مع PREIPO®. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/giant-tunnelling-magnetoresistance-appears-in-an-antiferromagnet/