Antiferromagnetis ilmneb hiiglaslik tunnelimagnetresistentsus

Hiina teadlased on täheldanud hiiglaslikku tunnelimagnetresistentsust (TMR) antiferromagnetist CrSBr valmistatud magnettunneli ristmikul. Temperatuurini 5 K jahutatuna oli uue struktuuri magnetresistentsus 47,000 50% – kõrgem kui kaubanduslike magnettunnelite ristmike puhul – ja see säilitas 130% sellest TMR-ist XNUMX K juures, mis on tunduvalt kõrgem vedela lämmastiku keemistemperatuurist. Selle arendajate sõnul saab konstruktsiooni valmistada viisil, mis ühildub tavaliste spintroonikaseadmete valmistamiseks kasutatava magnetroni pihustusprotsessiga. Need omadused koos asjaoluga, et CrSBr on õhus stabiilne, muudavad selle spintrooniliste seadmete jaoks paljulubavaks kandidaatplatvormiks.

Standardsed magnettunneli ristmikud (MTJ) koosnevad kahest ferromagnetist, mis on eraldatud mittemagnetilise tõkkematerjaliga. Neid leidub paljudes spintroonikatehnoloogiates, sealhulgas magnetilistes juhuslikus mäludes, magnetandurites ja loogikaseadmetes.

A-tüüpi van der Waalsi (vdW) antiferromagnetitel, nagu CrSBr ja muud kroomhalogeniidid, põhinevad ristmikud on tänu oma ebatavaliselt suurele tunnelimagnetresistentsusele atraktiivne alternatiiv tavalistele MTJ-dele. Need töötavad tänu spin-filtri efektile, mille käigus CrSBr kroomi aatomite elektronide spinnid (või magnetmomendid) on ferromagnetiliselt seotud nende kihi teiste aatomitega ja antiferromagnetiliselt ühendatud naaberkihtide aatomitega. Teisisõnu, spinnid joonduvad üksikutes kihtides üksteisega paralleelselt ja naaberkihtide vahel üksteisega antiparalleelselt.

Kuigi nende niinimetatud spin-filtri MTJ-de (sf-MTJ) suur tunnelitakistus muudab need headeks magnetmälude kandidaatideks, on neil siiski teatud puudusi. Eelkõige on materjalid, millest need on valmistatud, ebastabiilsed ja võivad kõrgel temperatuuril kaotada oma magnetismi. See muudab nende kasutamise praktilistes spintroonilistes seadmetes keeruliseks.

Valmistamisprobleemide ületamine

Viimases uuringus tegid teadlased Guoqiang Yu juhitud Pekingi riiklik kondenseeritud aine füüsika labor töötas välja nende ihaldusväärsete materjalide jaoks uue valmistamistehnika. Töötades kolleegidega Pekingis, Dongguanis ja Wuhanis, alustasid nad kahekihilise plaatina (Pt) ja kulla (Au) sadestamist Si/SiO-le.₂ vahvlid, mis kasutavad alalisvoolu magnetroni pihustust.

Seejärel raseerisid meeskonna liikmed puistematerjali proovist mehaaniliselt õhukesed CrSBr helbed ja asetasid need Si/SiO-le.₂/Pt/Au substraadid. See võimaldas neil saada puhta ja värske pinnaga suhteliselt õhukesi CrSBr helbeid Pt/Au peal. Siinkohal sadestasid teadlased CrSBr-le täiendava plaatinakihi ülimadala pihustusvõimsusega 3–5 W ja suhteliselt kõrge, umbes 1 Pa sadestumisrõhuga. Lõpuks kasutasid nad ultraviolettlitograafiat ja Ar-ioonide jahvatamist mitme sf-i valmistamiseks. -MTJ-d nende loodud kihilisest struktuurist.

Paljutõotavad omadused

Uutel sf-MTJ-del on palju soodsaid omadusi. "Esimene on see, et nende valmistamiseks kasutatud marsruut on paremini ühilduv tavaliste spintroonika metallist virnade valmistamisel kasutatavate marsruutidega, " selgitab Yu. "Teine on see, et nad säilitavad 50% oma TMR-ist isegi temperatuuril 130 K, mis on seni sf-MTJde rekordiliselt kõrge töötemperatuur."

Yu juhib tähelepanu sellele, et see rekordkõrge töötemperatuur ei ole palju madalam CrSBr nn Néeli temperatuurist, millest kõrgemal materjali soojusenergia takistab selle pöörlemismomentide joondumist. Sellel suhteliselt kõrgel töötemperatuuril on oluline praktiline eelis, lisab Yu. "Võrreldes eelmiste selliste ristmikega võivad meie sf-MTJ-d töötada vedela lämmastiku temperatuurivahemikus ja võib-olla isegi toatemperatuuril, " märgib ta. "Ja tänu nende stabiilsusele õhus sobivad need paremini reaalsetes rakendustes."

Antiferromagnetis ilmneb suur piesomagnetism

See pole veel kõik. CrSBr on samuti pooljuht, nii et selle naaberkihtidel on null- või väikese magnetvälja korral vastupidised magnetmomendid. See tähendab, et seda saab kasutada tõkkekihina madalatel temperatuuridel. "Selles konfiguratsioonis peavad kõik elektronid, kas spin-üles või spin-alla, kokku puutuma kõrgema barjääri kõrgusega pärast seda, kui nad on polariseerunud ühes või teises pöörlemissuunas, läbides esimese kihi, kuna järgmisel kihil on vastupidine spin-orientatsioon, mis põhjustab suuremale tunnelitakistusele," räägib Yu Füüsika maailm. "Kui rakendatav magnetväli on piisavalt suur, on kõik magnetmomendid selle väljaga joondatud ja sel juhul puutuvad välja suunaga paralleelsete spinnidega elektronid kokku madalama barjääri kõrgusega, mille tulemuseks on väiksem tunnelitakistus."

Teadlased, kes teatavad oma tööst aastal Hiina füüsika kirjad, viitavad sellele, et uusi ristmikke saaks kasutada spintroonilistes seadmetes, mis põhinevad vaid mõne kihi CrSBr-il. "Meie uuring näitas, et 2D vdW A-tüüpi antiferromagnetitel põhinevatel sf-MTJ-del on mõned silmapaistvad omadused, " ütleb Yu. "Püüame nüüd leida kõrgema Néeli temperatuuriga 2D vdW A-tüüpi ferromagneti, et veelgi parandada meie tehtud ristmiku töötemperatuuri, et see sobiks rakendustega paremini."

Teadlaste sõnul on veel üks väljakutse leida viis, kuidas A-tüüpi antiferromagneti magnetiseerimist elektriliselt manipuleerida, et nad saaksid ehitada täielikult toimivaid spintroonseid seadmeid.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoAiStream. Web3 andmete luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Tuleviku rahapaja Adryenn Ashley. Juurdepääs siia.
• Ostke ja müüge IPO-eelsete ettevõtete aktsiaid koos PREIPO®-ga. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/giant-tunnelling-magnetoresistance-appears-in-an-antiferromagnet/