거대한 터널링 자기 저항은 반 강자성체에서 나타납니다.

거대한 터널링 자기 저항은 반 강자성체에서 나타납니다.

타임 스탬프 : 10 년 2023 월 9 일 오전 00시 XNUMX 분

장치의 개략도
장치의 개략도: XNUMX차원 반 데르 발스(vdW) 자성 재료는 스핀트로닉 장치에 특히 유망합니다. (제공: 지유)

중국의 연구원들은 반강자성체 CrSBr로 만든 자기 터널 접합에서 거대 터널링 자기 저항(TMR)을 관찰했습니다. 5K의 온도로 냉각되었을 때 새로운 구조는 상업용 자기 터널 접합보다 높은 47,000%의 자기 저항을 나타냈으며 액체 질소의 끓는점보다 훨씬 높은 50K에서 이 TMR의 130%를 유지했습니다. 개발자에 따르면 이 구조는 기존의 스핀트로닉스 장치를 만드는 데 사용되는 마그네트론 스퍼터링 공정과 호환되는 방식으로 제조될 수 있습니다. 이러한 특성은 CrSBr이 공기 중에서 안정적이라는 사실과 함께 스핀트로닉스 장치를 위한 유망한 후보 플랫폼이 된다고 그들은 말합니다.

표준 자기 터널 접합(MTJ)은 비자기 장벽 재료로 분리된 두 개의 강자성체로 구성됩니다. 자기 랜덤 액세스 메모리, 자기 센서 및 논리 장치를 비롯한 다양한 스핀트로닉스 기술에서 발견됩니다.

CrSBr 및 ​​기타 크롬 할로겐화물과 같은 A형 반 데르 발스(vdW) 반강자성체를 기반으로 하는 접합부는 비정상적으로 높은 터널링 자기 저항 덕분에 기존 MTJ의 매력적인 대안입니다. CrSBr에 있는 크롬 원자의 전자 스핀(또는 자기 모멘트)이 해당 층의 다른 원자와 강자성으로 결합되고 인접 층의 원자와 반강자성으로 결합되는 스핀 필터 효과 덕분에 작동합니다. 즉, 스핀은 단일 층에서 서로 평행하게 정렬되고 인접한 층 사이에서 서로 반 평행하게 정렬됩니다.

이러한 소위 스핀 필터 MTJ(sf-MTJ)의 높은 터널링 저항은 자기 메모리에 대한 좋은 후보가 되지만 몇 가지 단점이 있습니다. 특히, 그것들을 만드는 재료는 불안정하고 고온에서 자성을 잃는 경향이 있습니다. 이로 인해 실제 스핀트로닉스 장치에서 사용하기가 어렵습니다.

제조 문제 극복

최신 연구에서 Guoqiang Yu가 이끄는 연구자들은 응집 물질 물리학 베이징 국립 연구소 이러한 바람직한 재료에 대한 새로운 제조 기술을 개발했습니다. 베이징, 동관 및 우한의 동료들과 함께 그들은 백금(Pt)과 금(Au)의 이중층을 Si/SiOXNUMX에 증착하는 것으로 시작했습니다.2 DC 마그네트론 스퍼터링을 사용하는 웨이퍼.

다음으로 팀원들은 벌크 재료 샘플에서 CrSBr의 얇은 박편을 기계적으로 깎아내어 Si/SiOXNUMX 위에 놓았습니다.2/Pt/Au 기질. 이를 통해 깨끗하고 신선한 표면을 가진 Pt/Au에서 상대적으로 얇은 CrSBr 플레이크를 얻을 수 있었습니다. 이 시점에서 연구원들은 3~5W의 초저 스퍼터링 전력과 약 1Pa의 상대적으로 높은 증착 압력으로 CrSBr 위에 추가 백금 층을 증착했습니다. 마지막으로, 그들은 자외선 리소그래피와 Ar 이온 밀링을 사용하여 여러 SF를 제조했습니다. - 그들이 만든 계층 구조의 MTJ.

유망한 속성

새로운 sf-MTJ는 많은 유리한 특성을 가지고 있습니다. "첫 번째는 우리가 그것들을 만들기 위해 사용한 경로가 기존의 스핀트로닉스 금속 스택을 제조하는 데 사용된 경로와 더 호환 가능하다는 것입니다."라고 Yu는 설명합니다. "두 번째는 50K의 온도에서도 TMR의 130%를 유지한다는 것인데, 이는 지금까지 sf-MTJ의 최고 작동 온도입니다."

Yu는 이 기록적인 작동 온도가 CrSBr의 소위 Néel 온도보다 훨씬 낮지 않다고 지적합니다. 이 상대적으로 높은 작동 온도는 중요한 실용적인 이점을 제공한다고 Yu는 덧붙입니다. "이전의 그러한 접합과 비교하여 우리의 sf-MTJ는 액체 질소 온도 범위와 아마도 실온에서도 작동할 수 있습니다."라고 그는 관찰합니다. "그리고 공기 중에서의 안정성 덕분에 실제 응용 분야에 더 적합합니다."

그게 다가 아닙니다. CrSBr도 반도체이므로 인접 층은 자기장이 XNUMX이거나 작은 경우 자기 모멘트가 반대입니다. 이는 저온에서 차단층으로 사용할 수 있음을 의미합니다. "이 구성에서 모든 전자(스핀 업 또는 스핀 다운)는 첫 번째 레이어를 통과하여 한 스핀 방향 또는 다른 스핀 방향으로 분극된 후 더 높은 장벽 높이를 만나야 합니다. 터널링 저항을 높이려면”이라고 Yu는 말합니다. 물리 세계. "적용된 자기장이 충분히 크면 모든 자기 모멘트가 이 자기장과 정렬되며, 이 경우 자기장 방향과 평행한 스핀을 가진 전자는 낮은 장벽 높이를 만나 터널링 저항이 낮아집니다."

에 그들의 작업을 보고하는 연구원들은 중국어 물리학 문자, 새로운 접합은 몇 개의 CrSBr 층 스택을 기반으로 하는 스핀트로닉스 장치에 사용될 수 있음을 시사합니다. "우리의 연구는 2D vdW A형 반강자성체를 기반으로 하는 sf-MTJ가 몇 가지 뛰어난 특성을 가지고 있음을 밝혔습니다."라고 Yu는 말합니다. "우리는 이제 더 높은 Néel 온도를 가진 2D vdW A형 강자성체를 찾아 우리가 만든 접합부의 작동 온도를 더욱 개선하여 응용 분야에 더 적합하도록 노력할 것입니다."

또 다른 도전 과제는 A형 반강자성체의 자화를 전기적으로 조작하여 완전히 기능하는 스핀트로닉스 장치를 구성할 수 있는 방법을 찾는 것이라고 연구원들은 말했습니다.

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