התנגדות ענקית למנהור מופיעה באנטי-פרומגנט

חוקרים בסין צפו בהתנגדות ענקית למנהור (TMR) בצומת מנהרה מגנטי העשוי מהאנטי-פרומגנט CrSBr. כשהתקרר לטמפרטורה של 5 K, המבנה החדש הפגין התנגדות מגנטית של 47,000% - גבוה יותר מצמתי מנהרות מגנטיות מסחריות - והוא שמר על 50% מה-TMR הזה ב-130 K, שהוא הרבה מעל נקודת הרתיחה של חנקן נוזלי. לדברי מפתחיו, ניתן לייצר את המבנה בצורה שתואמת את תהליך הקזת המגנטרון המשמש לייצור מכשירי ספינטרוניקה קונבנציונליים. תכונות אלו, יחד עם העובדה ש-CrSBr יציב באוויר, הופכים אותה לפלטפורמה מועמדת מבטיחה למכשירי ספינטרוניק, לדבריהם.

צומת מנהרה מגנטית סטנדרטית (MTJs) מורכבים משני פרומגנטים המופרדים על ידי חומר מחסום לא מגנטי. הם נמצאים בשורה של טכנולוגיות ספינטרוניקה, כולל זיכרונות מגנטיים בגישה אקראית, חיישנים מגנטיים והתקני לוגיקה.

צמתים המבוססים על אנטי-פרומגנטים מסוג A van der Waals (vdW) כגון CrSBr והלידים אחרים של כרום הם אלטרנטיבה אטרקטיבית ל-MTJs קונבנציונליים הודות להתנגדות המגנוטורית הגבוהה ביותר שלהם למנהור. הם פועלים הודות לאפקט הספין-פילטר, שבו ספינים האלקטרונים (או המומנטים המגנטיים) של אטומי הכרום ב-CrSBr מקושרים פרומגנטית לאטומים אחרים בשכבה שלהם ומקושרים אנטי-פרומגנטית לאטומים בשכבות שכנות. במילים אחרות, הספינים מתיישרים במקביל זה לזה בשכבות הבודדות ואנטי מקבילים זה לזה בין השכבות השכנות.

בעוד שהתנגדות המנהור הגבוהה של מה שנקרא MTJs המסנן ספין (sf-MTJs) הללו הופכת אותם למועמדים טובים לזיכרונות מגנטיים, יש להם חסרונות מסוימים. יש לציין שהחומרים מהם עשויים נוטים להיות לא יציבים ונוטים לאבד את המגנטיות שלהם בטמפרטורות גבוהות. זה מקשה על השימוש בהם במכשירי ספינטרוניק מעשיים.

התגברות על אתגרי ייצור

במחקר האחרון, חוקרים בראשות Guoqiang Yu מה- המעבדה הלאומית של בייג'ינג לפיזיקת החומר המעובה פיתח טכניקת ייצור חדשה עבור החומרים הרצויים הללו. בעבודה עם עמיתים בבייג'ינג, דונגגוואן וווהאן, הם התחילו בהפקדת דו-שכבה של פלטינה (Pt) וזהב (Au) על Si/SiO₂ פרוסות באמצעות מקרטעת מגנטרון DC.

לאחר מכן, חברי הצוות גילחו באופן מכני פתיתים דקים של CrSBr מדגימה של החומר בתפזורת והניחו אותם על ה-Si/SiO₂מצעי /Pt/Au. זה איפשר להם להשיג פתיתי CrSBr דקים יחסית על Pt/Au עם משטחים נקיים ורעננים. בשלב זה, החוקרים הפקידו שכבה נוספת של פלטינה על ה-CrSBr עם עוצמת קיצוץ אולטרה-נמוכה של 3-5 W ולחץ שיקוע גבוה יחסית של סביב 1 Pa. -MTJs מהמבנה השכבתי שהם יצרו.

נכסים מבטיחים

ל-sf-MTJs החדשים יש מאפיינים רבים וטובים. "הראשון הוא שהמסלול בו השתמשנו כדי לייצר אותם תואם יותר לאלה המשמשים לייצור ערימות מתכתיות רגילות של ספינטרוניקה", מסביר יו. "השנייה היא שהם שומרים על 50% מה-TMR שלהם אפילו בטמפרטורה של 130 K, שהיא עד כה טמפרטורת העבודה הגבוהה ביותר עבור sf-MTJs."

יו מציין שטמפרטורת ההפעלה הגבוהה הזו נמצאת לא הרבה מתחת לטמפרטורת ה-Neel של CrSBr, שמעבר לה האנרגיה התרמית של החומר מונעת מרגעי הספין שלו להתיישר. טמפרטורת הפעלה גבוהה יחסית זו מגיעה עם יתרון מעשי חשוב, מוסיף יו. "בהשוואה לצמתים קודמים כאלה, ה-sf-MTJs שלנו עשויים לעבוד בטווח טמפרטורת החנקן הנוזלי ואולי אפילו בטמפרטורת החדר", הוא מציין. "ובזכות היציבות שלהם באוויר, הם מתאימים יותר ליישומים בעולם האמיתי."

פיזומגנטיות גדולה מופיעה באנטי-פרומגנט

זה לא הכל. CrSBr הוא גם מוליך למחצה, כך שלשכבות השכנות שלו יש מומנטים מגנטיים מנוגדים בשדות מגנטיים אפסיים או קטנים. זה אומר שהוא יכול לשמש כשכבת מחסום בטמפרטורות נמוכות. "בתצורה זו, כל האלקטרונים, ספין-אפ או ספין-מטה, חייבים להיתקל בגובה מחסום גבוה יותר לאחר שהם מקוטבים בכיוון ספין זה או אחר על-ידי מעבר בשכבה הראשונה מכיוון שלשכבה הבאה יש כיוון ספין הפוך, מה שמוביל להתנגדות גבוהה יותר למנהור", אומר יו עולם הפיזיקה. "כאשר השדה המגנטי המופעל גדול מספיק, כל המומנטים המגנטיים מיושרים עם השדה הזה, ובמקרה זה, האלקטרונים עם ספינים מקבילים לכיוון השדה נתקלים בגובה מחסום נמוך יותר, מה שגורם להתנגדות מנהור נמוכה יותר."

החוקרים המדווחים על עבודתם ב מכתבי פיזיקה סינית, מציעים שניתן להשתמש בצמתים החדשים במכשירי ספינטרוניק המבוססים על ערימה של כמה שכבות בלבד של CrSBr. "המחקר שלנו גילה שלמגני sf-MTJ המבוססים על אנטי-פרומגנטים מסוג 2D vdW A יש כמה תכונות יוצאות דופן", אומר יו. "עכשיו ננסה למצוא פרומגנט מסוג vdW A מסוג 2D עם טמפרטורת Neel גבוהה יותר כדי לשפר עוד יותר את טמפרטורת העבודה של הצומת שיצרנו כך שהוא מתאים יותר ליישומים."

אתגר נוסף, אומרים החוקרים, יהיה למצוא דרך לתמרן חשמלית את המגנטיזציה על האנטי-פרומגנט מסוג A, כך שיוכלו לבנות מכשירים ספינטרוניים הפועלים במלואם.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• הטבעת העתיד עם אדריאן אשלי. גישה כאן.
• קנה ומכירה של מניות בחברות PRE-IPO עם PREIPO®. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/giant-tunnelling-magnetoresistance-appears-in-an-antiferromagnet/