Magnetoresistansi tunneling raksasa muncul dalam antiferromagnet

Para peneliti di Cina telah mengamati magnetoresistance tunneling raksasa (TMR) di persimpangan terowongan magnetik yang terbuat dari antiferromagnet CrSBr. Ketika didinginkan hingga suhu 5 K, struktur baru menunjukkan magnetoresistance 47,000% – lebih tinggi dari sambungan terowongan magnetik komersial – dan mempertahankan 50% dari TMR ini pada 130 K, yang jauh di atas titik didih nitrogen cair. Menurut pengembangnya, struktur tersebut dapat diproduksi dengan cara yang kompatibel dengan proses sputtering magnetron yang digunakan untuk membuat perangkat spintronika konvensional. Kualitas ini, bersama dengan fakta bahwa CrSBr stabil di udara, menjadikannya platform kandidat yang menjanjikan untuk perangkat spintronic, kata mereka.

Persimpangan terowongan magnetik standar (MTJs) terdiri dari dua feromagnet yang dipisahkan oleh bahan penghalang non-magnetik. Mereka ditemukan di sejumlah teknologi spintronika, termasuk memori akses acak magnetik, sensor magnetik, dan perangkat logika.

Persimpangan berdasarkan antiferromagnet tipe-A van der Waals (vdW) seperti CrSBr dan kromium halida lainnya adalah alternatif yang menarik untuk MTJ konvensional berkat magnetoresistansi terowongannya yang luar biasa tinggi. Mereka bekerja berkat efek spin-filter, di mana spin elektron (atau momen magnetik) dari atom kromium di CrSBr digabungkan secara feromagnetik ke atom lain di lapisannya dan secara antiferromagnetik digabungkan ke atom di lapisan tetangga. Dengan kata lain, spin sejajar satu sama lain dalam satu lapisan dan antiparalel satu sama lain antara lapisan tetangga.

Sementara resistensi tunneling yang tinggi dari apa yang disebut spin-filter MTJ (sf-MTJs) ini menjadikannya kandidat yang baik untuk memori magnetik, mereka memiliki kelemahan tertentu. Khususnya, bahan pembuatnya cenderung tidak stabil dan cenderung kehilangan daya tariknya pada suhu tinggi. Ini membuatnya sulit untuk digunakan dalam perangkat spintronic praktis.

Mengatasi tantangan fabrikasi

Dalam studi terbaru, peneliti yang dipimpin oleh Guoqiang Yu dari Laboratorium Nasional Beijing untuk Fisika Benda Terkondensasi mengembangkan teknik fabrikasi baru untuk bahan yang diinginkan ini. Bekerja sama dengan kolega di Beijing, Dongguan, dan Wuhan, mereka memulai dengan menyetor lapisan ganda platinum (Pt) dan emas (Au) ke Si/SiO₂ wafer menggunakan DC magnetron sputtering.

Selanjutnya, anggota tim secara mekanis mencukur serpihan tipis CrSBr dari sampel bahan curah dan menempatkannya ke Si/SiOXNUMX.₂/Pt/Au substrat. Ini memungkinkan mereka mendapatkan serpihan CrSBr yang relatif tipis pada Pt/Au dengan permukaan yang bersih dan segar. Pada titik ini, para peneliti mendepositkan lapisan platinum lebih lanjut ke CrSBr dengan daya sputtering sangat rendah 3–5 W dan tekanan deposisi yang relatif tinggi sekitar 1 Pa. Akhirnya, mereka menggunakan litografi ultraviolet dan penggilingan ion Ar untuk membuat beberapa sf -MTJs dari struktur berlapis yang mereka buat.

Properti yang menjanjikan

sf-MTJ baru memiliki banyak karakteristik yang menguntungkan. “Yang pertama adalah bahwa rute yang kami gunakan untuk membuatnya lebih kompatibel dengan yang digunakan untuk membuat tumpukan logam spintronika konvensional,” jelas Yu. “Yang kedua adalah mereka mempertahankan 50% TMR mereka bahkan pada suhu 130 K, yang sejauh ini merupakan suhu kerja tertinggi untuk sf-MTJ.”

Yu menunjukkan bahwa suhu operasi setinggi rekor ini tidak jauh di bawah apa yang disebut suhu Néel CrSBr, di luar itu energi termal bahan mencegah momen putarannya agar tidak sejajar. Temperatur pengoperasian yang relatif tinggi ini hadir dengan keuntungan praktis yang penting, tambah Yu. "Dibandingkan dengan persimpangan sebelumnya, sf-MTJ kami mungkin bekerja dalam kisaran suhu nitrogen cair dan bahkan mungkin pada suhu kamar," dia mengamati. “Dan berkat kestabilannya di udara, mereka lebih cocok untuk aplikasi dunia nyata.”

Piezomagnetisme besar muncul dalam antiferromagnet

Bukan itu saja. CrSBr juga merupakan semikonduktor, sehingga lapisan tetangganya memiliki momen magnet yang berlawanan pada medan magnet nol atau kecil. Ini berarti dapat digunakan sebagai lapisan penghalang pada suhu rendah. “Dalam konfigurasi ini, semua elektron, spin-up atau spin-down, harus menghadapi ketinggian penghalang yang lebih tinggi setelah terpolarisasi dalam satu arah putaran atau lainnya dengan melewati lapisan pertama karena lapisan berikutnya memiliki orientasi putaran yang berlawanan, sehingga menimbulkan ke resistensi tunneling yang lebih tinggi, ”kata Yu Dunia Fisika. “Ketika medan magnet yang diterapkan cukup besar, semua momen magnet diselaraskan dengan medan ini dan, dalam hal ini, elektron dengan putaran sejajar dengan arah medan menghadapi ketinggian penghalang yang lebih rendah, yang menghasilkan resistensi tunneling yang lebih rendah.”

Para peneliti, yang melaporkan pekerjaan mereka di Sastra Fisika Cina, menyarankan bahwa persimpangan baru dapat digunakan dalam perangkat spintronic berdasarkan tumpukan hanya beberapa lapisan CrSBr. “Studi kami telah mengungkapkan bahwa sf-MTJ berdasarkan antiferromagnet tipe A 2D vdW memiliki beberapa sifat yang luar biasa,” kata Yu. “Kami sekarang akan mencoba menemukan ferromagnet tipe A 2D vdW dengan suhu Néel yang lebih tinggi untuk lebih meningkatkan suhu kerja sambungan yang telah kami buat sehingga lebih cocok untuk aplikasi.”

Tantangan selanjutnya, kata para peneliti, adalah mencari cara untuk memanipulasi magnetisasi secara elektrik pada antiferromagnet tipe-A sehingga mereka dapat membangun perangkat spintronic yang berfungsi penuh.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Beli dan Jual Saham di Perusahaan PRE-IPO dengan PREIPO®. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/giant-tunnelling-magnetoresistance-appears-in-an-antiferromagnet/