Гигантское туннельное магнитосопротивление появляется в антиферромагнетике

Исследователи из Китая наблюдали гигантское туннельное магнитосопротивление (TMR) в магнитном туннельном переходе, изготовленном из антиферромагнетика CrSBr. При охлаждении до температуры 5 К новая структура продемонстрировала магнитосопротивление 47,000 50% – выше, чем у коммерческих магнитных туннельных переходов – и сохранила 130% этого TMR при XNUMX К, что значительно выше точки кипения жидкого азота. По словам разработчиков, конструкция может быть изготовлена ​​способом, совместимым с процессом магнетронного распыления, используемым при изготовлении обычных устройств спинтроники. По их словам, эти качества, а также тот факт, что CrSBr стабилен на воздухе, делают его многообещающим кандидатом на платформу для устройств спинтроники.

Стандартные магнитные туннельные переходы (MTJ) состоят из двух ферромагнетиков, разделенных немагнитным барьерным материалом. Они встречаются во множестве технологий спинтроники, включая магнитную память с произвольным доступом, магнитные датчики и логические устройства.

Переходы на основе ван-дер-ваальсовых (vdW) антиферромагнетиков A-типа, таких как CrSBr и другие галогениды хрома, являются привлекательной альтернативой обычным MTJ благодаря их необычайно высокому туннельному магнитосопротивлению. Они работают благодаря эффекту спин-фильтра, при котором электронные спины (или магнитные моменты) атомов хрома в CrSBr ферромагнитно связаны с другими атомами в своем слое и антиферромагнитно связаны с атомами в соседних слоях. Другими словами, спины располагаются параллельно друг другу в отдельных слоях и антипараллельно друг другу между соседними слоями.

Хотя высокое туннельное сопротивление этих так называемых MTJ со спиновым фильтром (sf-MTJ) делает их хорошими кандидатами на роль магнитной памяти, у них есть определенные недостатки. Примечательно, что материалы, из которых они изготовлены, как правило, нестабильны и склонны терять магнетизм при высоких температурах. Это затрудняет их использование в практических устройствах спинтроники.

Преодоление производственных проблем

В последнем исследовании исследователи под руководством Гоцяна Юя из Пекинская национальная лаборатория физики конденсированных сред разработали новую технологию изготовления этих желанных материалов. Работая с коллегами из Пекина, Дунгуаня и Уханя, они начали с нанесения двух слоев платины (Pt) и золота (Au) на Si/SiO.₂ пластины методом магнетронного распыления постоянного тока.

Затем члены команды механически срезали тонкие чешуйки CrSBr с образца основного материала и поместили их на Si/SiO.₂/Pt/Au подложки. Это позволило им получить относительно тонкие чешуйки CrSBr на Pt/Au с чистой и свежей поверхностью. На этом этапе исследователи нанесли еще один слой платины на CrSBr со сверхнизкой мощностью распыления 3–5 Вт и относительно высоким давлением осаждения около 1 Па. Наконец, они использовали ультрафиолетовую литографию и фрезерование ионами аргона, чтобы изготовить несколько -MTJ из созданной ими многослойной структуры.

Перспективные свойства

Новые SF-MTJ имеют множество преимуществ. «Во-первых, метод, который мы использовали для их изготовления, более совместим с теми, которые используются для изготовления традиционных металлических блоков спинтроники», — объясняет Ю. «Во-вторых, они сохраняют 50% своего TMR даже при температуре 130 К, что на данный момент является рекордно высокой рабочей температурой для SF-MTJ».

Ю отмечает, что эта рекордно высокая рабочая температура ненамного ниже так называемой температуры Нееля CrSBr, за пределами которой тепловая энергия материала препятствует выравниванию его вращательных моментов. Эта относительно высокая рабочая температура имеет важное практическое преимущество, добавляет Ю. «По сравнению с предыдущими подобными переходами, наши SF-MTJ могут работать в диапазоне температур жидкого азота и, возможно, даже при комнатной температуре», — отмечает он. «И благодаря своей стабильности в воздухе они больше подходят для реального применения».

В антиферромагнетике появляется большой пьезомагнетизм.

Это еще не все. CrSBr также является полупроводником, поэтому соседние его слои имеют противоположные магнитные моменты при нулевых или малых магнитных полях. Это означает, что его можно использовать в качестве барьерного слоя при низких температурах. «В этой конфигурации все электроны, со спином вверх или вниз, должны столкнуться с более высоким барьером после поляризации в том или ином направлении спина, проходя через первый слой, потому что следующий слой имеет противоположную ориентацию спина, что приводит к возникновению к более высокому туннельному сопротивлению», — говорит Ю. Мир физики. «Когда приложенное магнитное поле достаточно велико, все магнитные моменты совпадают с этим полем, и в этом случае электроны со спинами, параллельными направлению поля, сталкиваются с более низкой высотой барьера, что приводит к меньшему туннельному сопротивлению».

Исследователи, сообщающие о своей работе в Письма о китайской физике, предполагают, что новые переходы могут быть использованы в устройствах спинтроники на основе стопки всего из нескольких слоев CrSBr. «Наше исследование показало, что sf-MTJ на основе двумерных антиферромагнетиков vdW A-типа обладают некоторыми выдающимися свойствами», — говорит Ю. «Сейчас мы будем пытаться найти 2D ферромагнетик vdW A-типа с более высокой температурой Нееля, чтобы еще больше улучшить рабочую температуру созданного нами перехода и сделать его более подходящим для конкретных применений».

Еще одной задачей, по словам исследователей, будет поиск способа электрического манипулирования намагниченностью антиферромагнетика А-типа, чтобы они могли создавать полностью функционирующие устройства спинтроники.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• ПлатонАйСтрим. Анализ данных Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Покупайте и продавайте акции компаний PREIPO® с помощью PREIPO®. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/giant-tunnelling-magnetoresistance-appears-in-an-antiferromagnet/