隧道结中由带隙态电荷诱导的自旋相关负微分电阻

我们通过第一性原理计算提出并证明了一种在具有立方阳离子无序晶体（CCDC）AlO$_x$或Mg$_{1-x}$Al$_x$O作为势垒材料的磁隧道结（MTJ）中的新自旋相关负微分电阻（NDR）机制。CCDC是一类其带隙可通过阳离子掺杂改变的绝缘体。由于金属诱导的带隙态形成的空间电荷，超薄层中的带隙变成拱形。通过拱形带隙与偏置电压的适当组合，可在任一自旋通道中产生NDR。该机制适用于具有足够小带隙从而形成大空间电荷的2D和3D超薄结。它通过电场为控制自旋电子器件中的自旋相关输运提供了新途径。推导了通过具有拱形带隙的结的隧穿电流的广义Simmons公式，以展示超薄结可能表现出NDR的一般条件。