(111)取向含 SrTiO₃ 势垒结中由能带折叠驱动的高隧穿磁阻比

我们从理论上研究了以 SrTiO₃ 为势垒的 (111) 取向磁隧道结（MTJ）中的隧穿磁阻（TMR）效应，即 Co/SrTiO₃/Co(111) 与 Ni/SrTiO₃/Ni(111)。我们结合第一性原理计算与 Landauer 公式的分析表明，基于 Co 的 MTJ 具有超过 500% 的高 TMR 比，而基于 Ni 的 MTJ 数值较小（290%）。由于 SrTiO₃ 的面内晶格周期约为面心立方 Co（Ni）原胞的两倍，Co（Ni）的原始能带在对应于 MTJ 超晶胞 ab 平面的 k_x-k_y 平面中被折叠。我们发现，该能带折叠在 Co（Ni）的 Λ₁ 态中给出了半金属能带结构，且此种半金属 Λ₁ 态的相干隧穿产生了高 TMR 比。我们还揭示，基于 Co 与基于 Ni 的 MTJ 之间 TMR 比的差异可由费米能级处 Λ₁ 带中不同的 s 轨道权重来理解。