反強磁性体に巨大トンネル磁気抵抗が現れる

中国の研究者らは、反強磁性体CrSBrで作られた磁気トンネル接合における巨大トンネル磁気抵抗(TMR)を観察した。 この新しい構造は、5 K の温度に冷却すると、市販の磁気トンネル接合よりも高い 47,000% の磁気抵抗を示し、液体窒素の沸点をはるかに上回る 50 K でもこの TMR の 130% を保持しました。 開発者によれば、この構造は、従来のスピントロニクスデバイスの製造に使用されるマグネトロンスパッタリングプロセスと互換性のある方法で製造できるという。 これらの性質と、CrSBr が空気中で安定であるという事実により、CrSBr はスピントロニクスデバイスの有望な候補プラットフォームとなる、と彼らは述べている。

標準的な磁気トンネル接合 (MTJ) は、非磁性バリア材料によって分離された XNUMX つの強磁性体で構成されます。 これらは、磁気ランダムアクセスメモリ、磁気センサー、論理デバイスなど、多くのスピントロニクス技術に使用されています。

CrSBr やその他のハロゲン化クロムなどの A 型ファンデルワールス (vdW) 反強磁性体に基づく接合は、その異常に高いトンネル磁気抵抗のおかげで、従来の MTJ に代わる魅力的な代替品です。 これらは、CrSBr のクロム原子の電子スピン (または磁気モーメント) がその層内の他の原子と強磁性的に結合し、隣接する層内の原子と反強磁性的に結合するスピン フィルター効果のおかげで機能します。 換言すれば、スピンは、単一層内では互いに平行に整列し、隣接する層間では互いに反平行に整列する。

これらのいわゆるスピンフィルター MTJ (sf-MTJ) はトンネル抵抗が高いため、磁気メモリの優れた候補になりますが、いくつかの欠点もあります。 特に、それらの材料は不安定になる傾向があり、高温では磁性を失いやすいです。 このため、実際のスピントロニクスデバイスでそれらを使用することが困難になります。

製造上の課題を克服する

最新の研究では、Guoqiang Yu 率いる研究者らは、 凝縮物質物理学のための北京国立研究所 これらの望ましい材料のための新しい製造技術を開発しました。 彼らは北京、東莞、武漢の同僚と協力して、Si/SiO 上にプラチナ (Pt) と金 (Au) の二重層を堆積することから始めました。₂ DCマグネトロンスパッタリングを使用したウェーハ。

次に、チームのメンバーは、バルク材料のサンプルから CrSBr の薄いフレークを機械的に削り取り、Si/SiO 上に配置しました。₂/Pt/Au基板。 これにより、きれいで新鮮な表面を備えた、Pt/Au 上に比較的薄い CrSBr フレークを得ることができました。 この時点で、研究者らは、3 ～ 5 W の超低スパッタリング電力と約 1 Pa の比較的高い堆積圧力を使用して、CrSBr 上にプラチナの層をさらに堆積しました。最後に、紫外線リソグラフィーと Ar イオンミリングを使用して、数個の sf を作製しました。 -彼らが作成した階層構造からのMTJ。

有望な特性

新しい sf-MTJ には多くの好ましい特性があります。 「50 つ目は、私たちがそれらを製造するために採用したルートが、従来のスピントロニクス金属スタックを製造するために採用されたルートとより互換性があるということです」と Yu 氏は説明します。 「130つ目は、sf-MTJのこれまでの最高動作温度であるXNUMXKの温度でもTMRのXNUMX％を保持することです。」

Yu 氏は、この記録的な最高動作温度は CrSBr のいわゆるネール温度を大きく下回るわけではなく、この温度を超えると材料の熱エネルギーによってスピン モーメントの整列が妨げられると指摘しています。 この比較的高い動作温度には、実用上重要な利点があると Yu 氏は付け加えます。 「以前のこのような接合と比較して、当社の sf-MTJ は液体窒素の温度範囲で動作する可能性があり、おそらく室温でも動作する可能性があります」と彼は観察します。 「また、空気中での安定性のおかげで、現実世界の用途により適しています。」

反強磁性体に大きなピエゾ磁性が現れる

それだけではありません。 CrSBr も半導体であるため、隣接する層は磁場がゼロまたは小さい場合、反対の磁気モーメントを持ちます。 これは、低温でのバリア層として使用できることを意味します。 「この構成では、スピンアップまたはスピンダウンに関係なく、すべての電子は最初の層を通過することによっていずれかのスピン方向に分極された後、より高い障壁高さに遭遇する必要があります。これは、次の層が逆のスピン配向を持っているためです。より高いトンネル抵抗を実現します」と Yu 氏は語ります。 物理学の世界。 「印加される磁場が十分に大きい場合、すべての磁気モーメントはこの磁場と一致し、この場合、磁場の方向に平行なスピンを持つ電子はより低い障壁高さに遭遇し、その結果トンネル抵抗が低くなります。」

で彼らの仕事を報告する研究者 中国の物理学の手紙, わずか数層の CrSBr のスタックに基づくスピントロニクス デバイスで新しい接合が使用できる可能性があることを示唆しています。 「私たちの研究により、2D vdW A 型反強磁性体に基づく sf-MTJ にはいくつかの優れた特性があることが明らかになりました」と Yu 氏は言います。 「私たちはこれから、より高いネール温度を持つ 2D vdW A タイプ強磁性体を見つけて、アプリケーションにより適した接合の動作温度をさらに改善することに取り組んでいます。」

研究者らによると、さらなる課題は、完全に機能するスピントロニクスデバイスを構築できるように、A型反強磁性体の磁化を電気的に操作する方法を見つけ出すことだという。

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• プラトアイストリーム。 Web3 データ インテリジェンス。 知識増幅。 こちらからアクセスしてください。
• 未来を鋳造する w エイドリエン・アシュリー。 こちらからアクセスしてください。
• PREIPO® を使用して PRE-IPO 企業の株式を売買します。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://physicsworld.com/a/giant-tunnelling-magnetoresistance-appears-in-an-antiferromagnet/