La transmisión funciona de un estado evanescente a través de la barrera del túnel en función del giro y la relación TMR calculada general para cinco capas de h-BN a través de la banda prohibida. Crédito:Universidad de Tohoku
El Centro de Sistemas Electrónicos Integrados Innovadores (CIES) de la Universidad de Tohoku ha estado trabajando en colaboración con la Universidad de Cambridge en el marco del proyecto de núcleo a núcleo (PL:Prof. Endoh). JSPS ha anunciado un análisis que utiliza materiales bidimensionales (2D) (nitruro de boro hexagonal; h-BN) como barrera de túnel para uniones de túneles ferromagnéticos (MTJ), que puede esperar una relación de magnetorresistencia de túnel (TMR) de hasta 1, 000% y anisotropía magnética perpendicular interfacial (IPMA).
Los MTJ de última generación en un dispositivo MRAM que comprende tres capas de CoFeB / MgO / CoFeB y se ha utilizado prácticamente con las funciones clave de Δ 1 túnel coherente y anisotropía magnética perpendicular interfacial (IPMA). Δ 1 La construcción de túneles coherente aumenta el alto rendimiento de la MTJ y la eficiencia de conmutación de par de transferencia de giro. IPMA contribuye a la confiabilidad de la retención de datos durante más de 10 años. Los profesores John Robertson e Hiroshi Naganuma explican:"Calculamos la conducción perpendicular y el IPMA de los materiales 2D considerando la futura integración de materiales 2D y MTJ". Se prevé un futuro en el que la conducción en el plano / perpendicular se compone de materiales 2D mediante la integración de transistores y MTJ con la alta movilidad en el plano de los materiales 2D y el efecto de campo eléctrico.
El equipo de colaboración internacional descubrió que la relación posicional relativa entre los átomos de Co y N mejora el IPMA debido a la hibridación del orbital en la interfaz entre el material 2D (h-BN) y el metal ferromagnético (Co, Fe). Predijimos una relación de magnetorresistencia de túnel (TMR) de hasta 1, 000% aparece en una unión de túnel ferromagnético (MTJ) utilizando h-BN como barrera de túnel. La unión química "débil y flexible" por la fuerza de van der Waals da libertad para diseñar en uniones de túneles ferromagnéticos. Como resultado, expectativas para los circuitos integrados híbridos que combinan conducción en el plano / perpendicular utilizando la alta movilidad en el plano de los materiales 2D y la conducción de túnel en la dirección perpendicular al plano.
Hibridación del orbital N pz y el orbital Co dz2 de las capas superiores de Co, para el estado N-on-top. Crédito:Universidad de Tohoku
Los resultados se publicaron en línea en agosto como elección del editor en Reseñas de física aplicada .
La Figura 1 muestra la función de transmisión y la relación TMR calculada general para cinco capas de h-BN y Co. Se ha encontrado que la relación TMR es más alta a una distancia interatómica relativamente larga, asumiendo que la capa superior de Co y la capa h-BN están adsorbidos físicamente, y una relación TMR de hasta 1, Teóricamente se puede obtener un 000%. El documento también informa sobre la relación entre varias posiciones atómicas y la relación TMR, y se encontró que la relación de arreglo atómico relativo tiene un gran efecto en la relación TMR como se encontró con el caso del grafeno. Por lo tanto, para obtener una alta relación TMR, es necesario controlar la relación posicional atómica utilizando tecnología avanzada de crecimiento de cristales.
El equipo calculó tres tipos de relaciones posicionales atómicas al establecer la interfaz de Co y h-BN e investigó el IPMA. La Figura 2 muestra el diagrama de fase de energía cuando Co se coloca directamente en N. Se encontró que IPMA es inducida por hibridación orbital de h-BN y Co. En esta hibridación orbital, el orbital entre el dz 2 orbital de la capa de Co y el N p z orbitales en h-BN se mezclan, y el co d downspin vacío z2 el estado se desplaza hacia arriba (y el N p z el estado se desplaza hacia abajo). Como se muestra, estabiliza el N p lleno z estado de la capa superficial e induce IPMA. Del cálculo en la Figura 2, la interacción cuando N se coloca directamente encima de Co desplaza la banda descendente de PDOS vacía de la capa de Co hacia arriba en +1 eV, resultando en hibridación. Esto significa que hay un desplazamiento mutuo hacia abajo de los estados de enlace ocupantes de N p z , aumentando así el bono de ocupación y proporcionando IPMA.
En resumen, se encontró que h-BN induce IPMA con una alta relación TMR, y el débil acoplamiento químico basado en la fuerza de van der Waals nos da libertad en la selección de materiales ferromagnéticos, que es ventajoso en diseño en apilamiento MTJ. Es más, la investigación de transistores que utilizan una alta movilidad en el plano se está desarrollando en los materiales 2D, y la aclaración de su utilidad en la conducción de túneles a través de esta investigación es un logro significativo que contribuirá al desarrollo de dispositivos 2D integrados en el futuro.
