Durante las últimas dos décadas, Las uniones de túnel magnético (MTJ) han desempeñado un papel central en los dispositivos espintrónicos, como los cabezales de lectura de las unidades de disco duro y las memorias de acceso aleatorio magnetorresistivas no volátiles (MRAM), y los investigadores trabajan constantemente para mejorar su desempeño. Uno de los logros más destacados que aceleró las aplicaciones prácticas de la tecnología fue la realización de relaciones de magnetorresistencia de túnel gigante (TMR) mediante el uso de una barrera cristalina de MgO tipo sal de roca. Ahora, en un artículo que aparece en la edición de esta semana de Letras de física aplicada , un equipo japonés de investigadores ha logrado aplicar MgGa2O4 a una barrera de túnel, la parte central de un MTJ, como material alternativo a los aisladores más convencionales como MgO y MgAl 2 O 4 .
Un MTJ tiene una estructura laminada que consta de una capa aislante a nanoescala, llamada barrera de túnel, intercalado entre dos capas magnéticas. Uno de los índices de rendimiento más importantes de un MTJ es la relación de magnetorresistencia del túnel (relación TMR), la magnitud del cambio de resistencia. El óxido de magnesio (MgO) se usa comúnmente como barrera de túnel, ya que se puede obtener fácilmente una gran proporción de TMR.
"Para ampliar aún más la gama de aplicaciones de MTJ, Queríamos ajustar en gran medida las propiedades de MTJ reemplazando el material de la barrera del túnel, "dijo Hiroaki Sukegawa, científico del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón. "Particularmente, para muchas aplicaciones MTJ, necesitamos tener una relación TMR grande y una baja resistencia del dispositivo, y para eso elegimos un material de barrera para túneles con una brecha de banda baja ".
El equipo seleccionó MgGa semiconductor 2 O 4 , que tiene una banda prohibida mucho más baja que el aislante convencional de MgO, y usó la tecnología existente para hacer un MgAl ultrafino 2 O 4 capa para lograr los parámetros que estaban buscando.
El mayor desafío fue obtener un MgGa de alta calidad. 2 O 4 capa con interfaces libres de defectos, ya que es esencial para lograr una gran proporción de TMR.
"Primero intentamos un método de oxidación usando una capa de aleación de Mg-Ga para el MgGa 2 O 4 preparación de la capa sin embargo, Este proceso también causó una oxidación significativa en la superficie de la capa magnética debajo del Mg-Ga, y la estructura fabricada resultante no funcionó como un dispositivo MTJ, ", Dijo Sukegawa. Inspirado por su trabajo reciente en un MgAl de alta calidad 2 O 4 fabricación, luego, el equipo probó un método de pulverización catódica directa; el MgGa 2 O 4 La capa se formó por pulverización catódica de radiofrecuencia a partir de un MgGa de alta densidad 2 O 4 blanco sinterizado para reducir la sobreoxidación interfacial.
Este nuevo método fue muy eficaz en la producción de una barrera de túnel de MgGa2O4 de alta calidad con interfaces extremadamente afiladas y sin defectos. Fue una sorpresa agradable e inesperada.
"No esperábamos que pudiéramos construir un MTJ que mostrara un gran índice de TMR usando MgGa 2 O 4 en tan poco tiempo ya que había pocos materiales de barrera para túneles capaces de proporcionar la gran relación TMR a temperatura ambiente que estábamos buscando, "Sukegawa dijo ...
Este trabajo demuestra que, contrario a la comprensión pasada, Las barreras de túnel MTJ se pueden "diseñar". Se creía que era casi imposible ajustar los parámetros físicos de la barrera del túnel mientras se mantenían grandes proporciones de TMR. Estos resultados indican claramente que se pueden diseñar varias propiedades físicas de la barrera del túnel seleccionando la composición de los materiales de barrera a base de espinela según sea necesario mientras se logra un transporte eficiente dependiente del giro (es decir, una gran proporción de TMR).
Si bien aún queda más trabajo por hacer para lograr mayores índices de TMR, Estos resultados abren la posibilidad de utilizar un "diseño de barrera de túnel" con varios óxidos de espinela para crear nuevas aplicaciones espintrónicas.
