偏置电压对 Fe/MgAl${}_2$O${}_4$/Fe(001) 结隧穿磁电阻的影响：与 Fe/MgO/Fe(001) 结的比较研究

我们通过对比 Fe/MgO/Fe(001) 磁性隧道结（MTJs），研究了偏置电压对 Fe/MgAl${}_2$O${}_4$/Fe(001) 磁性隧道结自旋依赖输运特性的影响。利用非平衡格林函数方法和密度泛函理论，我们计算了两种 MTJ 中磁电阻（MR）比的偏置电压依赖性。我们发现，在两种 MTJ 中，MR 比均随偏置电压增加而减小，并最终在临界偏置电压 $V_{\rm c}$ 处消失。我们还发现，基于 MgAl${}_2$O${}_4$ 的 MTJ 的临界偏置电压 $V_{\rm c}$ 明显大于基于 MgO 的 MTJ。由于 Fe/MgAl${}_2$O${}_4$/Fe(001) 超胞的面内晶格常数是 Fe/MgO/Fe(001) 的两倍，基于 MgAl${}_2$O${}_4$ 的 MTJ 中的 Fe 电极具有与将基于 MgO 的 MTJ 的 Fe 能带结构在面内波矢的布里渊区中折叠后所得相同的能带结构。我们表明，这种 Fe 能带结构的差异是基于 MgAl${}_2$O${}_4$ 和基于 MgO 的 MTJ 之间临界偏置电压 $V_{\rm c}$ 差异的根源。