具有半导体 CuInSe${}_{2}$ 和 CuGaSe${}_{2}$ 势垒的磁性隧道结的第一性原理研究

我们从理论上研究了两种不同的具有半导体势垒的磁性隧道结（MTJ），即 CuInSe${}_{2}$（CIS）和 CuGaSe${}_{2}$（CGS），它们是最近报道的混合半导体势垒 CuIn${}_{1-x}$Ga$_{\it x}$Se${}_{2}$ 的端点化合物。为了讨论这些系统的输运性质，我们结合使用基于第一性原理的计算和 Landauer 公式，分析了复能带结构、磁阻（MR）比和电阻-面积积（$RA$）。研究发现，$\Delta_{1}$ 波函数对基于 CIS 和 CGS 的 MTJ 中的自旋相关隧穿输运均有主导贡献。我们还发现，基于 CGS 的 MTJ 比基于 CIS 的 MTJ 具有大得多的 MR 比和略高的 $RA$，这表明在基于 CuIn${}_{1-x}$Ga${}_{2}$Se${}_{2}$ 的 MTJ 中，更高的 Ga 浓度 $x$ 预期会产生更大的 MR 比。我们进一步通过改变 CIS 和 CGS 中 Cu 3$d$ 态的库仑排斥来研究势垒带隙与 MR 比之间的关系。结果表明，具有更大带隙的势垒会产生更大的 MR 比。此外，还比较了基于 CIS、CGS 和 MgO 的 MTJ 之间的 MR 比和 $RA$。