ความต้านทานสนามแม่เหล็กในอุโมงค์ขนาดยักษ์ปรากฏในแอนติเฟอโรแมกเนต

นักวิจัยในประเทศจีนได้สังเกตการต้านทานสนามแม่เหล็กในอุโมงค์ขนาดยักษ์ (TMR) ในทางแยกของอุโมงค์แม่เหล็กที่ทำจากสารต้านแม่เหล็ก CrSBr เมื่อเย็นลงที่อุณหภูมิ 5 K โครงสร้างใหม่จะแสดงความต้านทานต่อสนามแม่เหล็กที่ 47,000% ซึ่งสูงกว่าทางแยกของอุโมงค์แม่เหล็กเชิงพาณิชย์ และยังคงรักษา 50% ของ TMR นี้ที่ 130 K ซึ่งสูงกว่าจุดเดือดของไนโตรเจนเหลว ผู้พัฒนากล่าวว่าโครงสร้างดังกล่าวสามารถผลิตขึ้นในลักษณะที่เข้ากันได้กับกระบวนการแมกนีตรอนสปัตเตอร์ที่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์สปัตโทรนิกส์ทั่วไป คุณสมบัติเหล่านี้ประกอบกับข้อเท็จจริงที่ว่า CrSBr มีความเสถียรในอากาศ ทำให้เป็นแพลตฟอร์มตัวเลือกที่มีแนวโน้มสำหรับอุปกรณ์ spintronic พวกเขากล่าว

ทางแยกอุโมงค์แม่เหล็กมาตรฐาน (MTJs) ประกอบด้วยเฟอร์โรแม่เหล็กสองอันคั่นด้วยวัสดุกั้นที่ไม่ใช่แม่เหล็ก พบได้ในโฮสต์ของเทคโนโลยี spintronics รวมถึงหน่วยความจำแม่เหล็กเข้าถึงโดยสุ่ม เซ็นเซอร์แม่เหล็ก และอุปกรณ์ลอจิก

หัวต่อที่ใช้สารต้านแม่เหล็กไฟฟ้าชนิด A-van der Waals (vdW) เช่น CrSBr และโครเมียมเฮไลด์อื่นๆ เป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับ MTJ ทั่วไป เนื่องจากความต้านทานสนามแม่เหล็กในอุโมงค์สูงผิดปกติ พวกมันทำงานด้วยเอฟเฟกต์การกรองแบบหมุน ซึ่งอิเล็กตรอนหมุน (หรือโมเมนต์แม่เหล็ก) ของอะตอมโครเมียมใน CrSBr จะถูกจับคู่ด้วยเฟอร์โรแมกเนติกกับอะตอมอื่นๆ ในชั้นของพวกมัน และจับคู่แบบต้านแม่เหล็กไฟฟ้ากับอะตอมในชั้นข้างเคียง กล่าวอีกนัยหนึ่ง สปินเรียงตัวขนานกันในชั้นเดียวและขนานกันระหว่างชั้นข้างเคียง

แม้ว่า MTJs ที่เรียกว่า spin-filter (sf-MTJs) จะมีความต้านทานการขุดอุโมงค์สูงทำให้พวกมันเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับความทรงจำแม่เหล็ก แต่ก็มีข้อเสียอยู่บ้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุที่ทำจากมักจะไม่เสถียรและมีแนวโน้มที่จะสูญเสียอำนาจแม่เหล็กที่อุณหภูมิสูง ทำให้ยากต่อการใช้งานในอุปกรณ์ spintronic ที่ใช้งานได้จริง

เอาชนะความท้าทายด้านการผลิต

ในการศึกษาล่าสุด นักวิจัยนำโดย Guoqiang Yu จาก ห้องปฏิบัติการแห่งชาติปักกิ่งสำหรับฟิสิกส์สสารควบแน่น พัฒนาเทคนิคการผลิตใหม่สำหรับวัสดุที่ต้องการเหล่านี้ การทำงานร่วมกับเพื่อนร่วมงานในปักกิ่ง ตงกวน และอู่ฮั่น พวกเขาเริ่มต้นด้วยการฝากทองคำขาว (Pt) และทองคำ (Au) สองชั้นลงบน Si/SiO₂ เวเฟอร์โดยใช้ DC แมกนีตรอนสปัตเตอร์

ต่อจากนั้น สมาชิกในทีมทำการโกนเกล็ดบางๆ ของ CrSBr ออกจากตัวอย่างวัสดุปริมาณมากและวางลงบน Si/SiO₂/Pt/Au วัสดุพิมพ์ สิ่งนี้ทำให้พวกเขาได้รับเกล็ด CrSBr ที่ค่อนข้างบางบน Pt/Au ด้วยพื้นผิวที่สะอาดและใหม่ ณ จุดนี้ นักวิจัยได้ใส่แพลทินัมอีกชั้นหนึ่งลงบน CrSBr ด้วยกำลังการสปัตเตอร์ต่ำมากที่ 3–5 W และแรงดันสะสมที่ค่อนข้างสูงประมาณ 1 Pa ในที่สุด พวกเขาใช้การพิมพ์หินด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตและการกัดแบบ Ar ion เพื่อสร้าง sf หลายตัว -MTJs จากโครงสร้างเลเยอร์ที่สร้างขึ้น

คุณสมบัติที่มีแนวโน้ม

sf-MTJs ใหม่มีคุณสมบัติที่ดีมากมาย “อย่างแรกคือเส้นทางที่เราใช้ในการผลิตนั้นเข้ากันได้มากกว่ากับเส้นทางที่ใช้สร้างสแต็คโลหะสปินโทรนิกส์ทั่วไป” Yu อธิบาย “อย่างที่สองคือพวกเขารักษา 50% ของ TMR ของพวกเขาแม้ที่อุณหภูมิ 130 K ซึ่งจนถึงตอนนี้เป็นอุณหภูมิการทำงานที่สูงเป็นประวัติการณ์สำหรับ sf-MTJ”

Yu ชี้ให้เห็นว่าอุณหภูมิการทำงานที่สูงเป็นประวัติการณ์นี้ไม่ได้ต่ำกว่าอุณหภูมิที่เรียกว่า Néel ของ CrSBr มากนัก ซึ่งเกินกว่าที่พลังงานความร้อนของวัสดุจะป้องกันช่วงเวลาการหมุนไม่ให้ตรงตำแหน่ง อุณหภูมิในการทำงานที่ค่อนข้างสูงนี้มาพร้อมกับข้อได้เปรียบที่สำคัญในทางปฏิบัติ Yu กล่าวเสริม “เมื่อเปรียบเทียบกับจุดเชื่อมต่อดังกล่าวก่อนหน้านี้ sf-MTJ ของเราอาจทำงานในช่วงอุณหภูมิของไนโตรเจนเหลวและบางทีแม้แต่ที่อุณหภูมิห้อง” เขาตั้งข้อสังเกต “และต้องขอบคุณความเสถียรในอากาศ พวกมันจึงเหมาะกับการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริงมากกว่า”

piezomagnetism ขนาดใหญ่ปรากฏใน antiferromagnet

นั่นไม่ใช่ทั้งหมด CrSBr ยังเป็นเซมิคอนดักเตอร์ ดังนั้นชั้นข้างเคียงจึงมีโมเมนต์แม่เหล็กตรงข้ามที่ศูนย์หรือมีสนามแม่เหล็กขนาดเล็ก ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้เป็นชั้นกั้นที่อุณหภูมิต่ำได้ “ในการกำหนดค่านี้ อิเล็กตรอนทั้งหมด ไม่ว่าจะหมุนขึ้นหรือหมุนลง จะต้องพบกับความสูงของสิ่งกีดขวางที่สูงขึ้นหลังจากถูกโพลาไรซ์ในทิศทางการหมุนหนึ่งหรืออีกทิศทางหนึ่งโดยผ่านชั้นแรก เนื่องจากชั้นถัดไปมีทิศทางการหมุนตรงกันข้าม เพื่อต้านทานการขุดอุโมงค์ที่สูงขึ้น” Yu บอก โลกฟิสิกส์. “เมื่อสนามแม่เหล็กที่ใช้มีมากพอ โมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมดจะเรียงตัวกับสนามนี้ และในกรณีนี้ อิเล็กตรอนที่มีสปินขนานกับทิศทางสนามจะพบความสูงของสิ่งกีดขวางที่ต่ำกว่า ซึ่งส่งผลให้ความต้านทานการขุดอุโมงค์ลดลง”

นักวิจัยที่รายงานผลงานของพวกเขาใน อักษรจีนฟิสิกส์, แนะนำว่าสามารถใช้ทางแยกใหม่ในอุปกรณ์ spintronic โดยอิงจากสแต็กของ CrSBr เพียงไม่กี่ชั้น “การศึกษาของเราได้เปิดเผยว่า sf-MTJs ที่ใช้สารต้านแม่เหล็กชนิด A-type 2D vdW มีคุณสมบัติที่โดดเด่นบางอย่าง” Yu กล่าว “ตอนนี้เราจะพยายามค้นหาเฟอร์โรแมกเน็ตชนิด A 2D vdW ที่มีอุณหภูมิ Néel สูงขึ้น เพื่อปรับปรุงอุณหภูมิการทำงานของจุดเชื่อมต่อที่เราสร้างขึ้นเพื่อให้เหมาะกับการใช้งานมากขึ้น”

นักวิจัยกล่าวว่าความท้าทายเพิ่มเติมคือการหาวิธีจัดการกับการดึงดูดด้วยไฟฟ้าบน antiferromagnet ชนิด A เพื่อให้พวกเขาสามารถสร้างอุปกรณ์ spintronic ที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตไอสตรีม. ข้อมูลอัจฉริยะ Web3 ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• การสร้างอนาคตโดย Adryenn Ashley เข้าถึงได้ที่นี่.
• ซื้อและขายหุ้นในบริษัท PRE-IPO ด้วย PREIPO® เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/giant-tunnelling-magnetoresistance-appears-in-an-antiferromagnet/