Gigantyczny tunelowy magnetoopór pojawia się w antyferromagnetyku

Naukowcy z Chin zaobserwowali gigantyczny magnetoopór tunelowy (TMR) w magnetycznym złączu tunelowym wykonanym z antyferromagnesu CrSBr. Po schłodzeniu do temperatury 5 K, nowa struktura wykazywała magnetooporność na poziomie 47,000 50% – wyższą niż komercyjne magnetyczne złącza tunelowe – i zachowała 130% tego TMR przy XNUMX K, czyli znacznie powyżej temperatury wrzenia ciekłego azotu. Zdaniem twórców, struktura może być wyprodukowana w sposób zgodny z procesem rozpylania magnetronowego stosowanym do wytwarzania konwencjonalnych urządzeń spintronicznych. Te cechy wraz z faktem, że CrSBr jest stabilny w powietrzu, sprawiają, że jest to obiecująca platforma kandydata na urządzenia spintroniczne.

Standardowe tunelowe złącza magnetyczne (MTJ) składają się z dwóch ferromagnesów oddzielonych niemagnetycznym materiałem barierowym. Można je znaleźć w wielu technologiach spintronicznych, w tym w magnetycznych pamięciach o swobodnym dostępie, czujnikach magnetycznych i urządzeniach logicznych.

Złącza oparte na antyferromagnesach van der Waalsa (vdW) typu A, takich jak CrSBr i inne halogenki chromu, są atrakcyjną alternatywą dla konwencjonalnych MTJ dzięki ich niezwykle wysokiemu magnetooporowi tunelowemu. Działają dzięki efektowi filtru spinowego, w którym spiny elektronów (lub momenty magnetyczne) atomów chromu w CrSBr są ferromagnetycznie sprzężone z innymi atomami w ich warstwie i antyferromagnetycznie sprzężone z atomami w sąsiednich warstwach. Innymi słowy, spiny są ustawione równolegle do siebie w pojedynczych warstwach i antyrównolegle do siebie między sąsiednimi warstwami.

Chociaż wysoka odporność na tunelowanie tych tak zwanych MTJ z filtrem spinowym (SF-MTJ) czyni je dobrymi kandydatami na pamięci magnetyczne, mają one pewne wady. Warto zauważyć, że materiały, z których są wykonane, są zwykle niestabilne i podatne na utratę magnetyzmu w wysokich temperaturach. Utrudnia to ich wykorzystanie w praktycznych urządzeniach spintronicznych.

Pokonywanie wyzwań produkcyjnych

W najnowszym badaniu naukowcy pod kierunkiem Guoqiang Yu z Pekińskie Narodowe Laboratorium Fizyki Materii Skondensowanej opracowali nową technikę wytwarzania tych pożądanych materiałów. Współpracując z kolegami z Pekinu, Dongguan i Wuhan, rozpoczęli od osadzania dwuwarstwowej platyny (Pt) i złota (Au) na Si/SiO₂ wafli za pomocą rozpylania magnetronowego prądu stałego.

Następnie członkowie zespołu mechanicznie ogolili cienkie płatki CrSBr z próbki materiału sypkiego i umieścili je na Si/SiO₂podłoża /Pt/Au. Umożliwiło to uzyskanie stosunkowo cienkich płatków CrSBr na Pt/Au o czystych i świeżych powierzchniach. W tym momencie naukowcy nałożyli kolejną warstwę platyny na CrSBr z ultraniską mocą rozpylania 3–5 W i stosunkowo wysokim ciśnieniem osadzania około 1 Pa. Na koniec wykorzystali litografię ultrafioletową i mielenie jonów ar do wytworzenia kilku sf -MTJ z warstwowej struktury, którą stworzyli.

Obiecujące właściwości

Nowe sf-MTJ mają wiele korzystnych cech. „Po pierwsze, droga, którą zastosowaliśmy, aby je wytworzyć, jest bardziej kompatybilna z tymi stosowanymi do wytwarzania konwencjonalnych metalowych stosów spintroniki” — wyjaśnia Yu. „Po drugie, zachowują 50% swojego TMR nawet w temperaturze 130 K, która jest jak dotąd rekordową temperaturą pracy dla sf-MTJ”.

Yu zwraca uwagę, że ta rekordowo wysoka temperatura robocza jest niewiele niższa od tak zwanej temperatury Néel CrSBr, powyżej której energia cieplna materiału zapobiega wyrównaniu się momentów wirowania. Ta stosunkowo wysoka temperatura robocza ma ważną zaletę praktyczną, dodaje Yu. „W porównaniu z poprzednimi tego typu złączami, nasze sf-MTJ mogą działać w zakresie temperatur ciekłego azotu, a być może nawet w temperaturze pokojowej” – zauważa. „A dzięki stabilności w powietrzu lepiej nadają się do zastosowań w świecie rzeczywistym”.

W antyferromagnetyku pojawia się duży piezomagnetyzm

To nie wszystko. CrSBr jest również półprzewodnikiem, więc sąsiednie warstwy mają przeciwne momenty magnetyczne przy zerowym lub małym polu magnetycznym. Oznacza to, że może być stosowana jako warstwa barierowa w niskich temperaturach. „W tej konfiguracji wszystkie elektrony, w górę lub w dół, muszą napotkać wyższą wysokość bariery po spolaryzowaniu w jednym lub drugim kierunku spinu, przechodząc przez pierwszą warstwę, ponieważ następna warstwa ma przeciwną orientację spinu, powodując powstanie do wyższej odporności na tunelowanie” – mówi Yu Świat Fizyki. „Kiedy przyłożone pole magnetyczne jest wystarczająco duże, wszystkie momenty magnetyczne są wyrównane z tym polem iw tym przypadku elektrony ze spinami równoległymi do kierunku pola napotykają niższą wysokość bariery, co skutkuje niższym oporem tunelowania”.

Badacze, którzy zgłaszają swoją pracę w: Chińskie litery fizyki, sugerują, że nowe złącza mogą być stosowane w urządzeniach spintronicznych opartych na stosie zaledwie kilku warstw CrSBr. „Nasze badanie ujawniło, że sf-MTJ oparte na antyferromagnesach 2D vdW typu A mają pewne wyjątkowe właściwości” – mówi Yu. „Będziemy teraz próbować znaleźć ferromagnes 2D vdW typu A o wyższej temperaturze Néela, aby jeszcze bardziej poprawić temperaturę roboczą złącza, które wykonaliśmy, aby lepiej pasowało do zastosowań”.

Naukowcy twierdzą, że kolejnym wyzwaniem będzie znalezienie sposobu na elektryczną manipulację magnetyzacją antyferromagnesu typu A, aby mogli zbudować w pełni działające urządzenia spintroniczne.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoAiStream. Analiza danych Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• Wybijanie przyszłości w Adryenn Ashley. Dostęp tutaj.
• Kupuj i sprzedawaj akcje spółek PRE-IPO z PREIPO®. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/giant-tunnelling-magnetoresistance-appears-in-an-antiferromagnet/