全磁控的石墨烯类多费米隧道器件的巨型非易失多状态电阻

电气控制的石墨烯类多费米隧道器件（vdW-MFTJs）中的铁电极化开关会导致原子迁移，影响器件稳定性和疲劳抗性。本文提出了一种基于 $\mathrm{CrBr_3/MnPSe_3/CrBr_3}$ 垂直异构结构的全磁控 vdW-MFTJ，实现了无需依赖由反演对称性破坏而引起的原子迁移即可实现铁电极化反转。利用第一性原理计算，我们研究了所提出结构的自旋极化量子传输特性。通过集成非对称的 PtTe$_2$/碘化物-金属（Li/Na/K）掺杂/嵌入的 CrBr$_3$ 电极，该器件表现出卓越的性能，隧道磁阻（TMR）可达 $8.1\times10^5$\%，隧道电阻（TER）达到 2499\%，而自旋滤波通道可通过磁性自由层的磁化方向进行灵活控制，在宽范围偏压电压下实现完美的自旋滤波。应用外部偏压电压后，这些指标进一步提升，将 TMR 提升至 $3.6\times 10^7$\%，TER 提升至 9990\%。值得注意的是，观察到显著的负微分电阻（NDR）效应，峰-谷比（PVR）达到 $9.55\times10^9$\%，为垂直隧道器件报告的最高值。这些卓越特性凸显了 vdW-MFTJs 在高效电子开关方面的潜力，这是下一代自旋电子器件的关键特性。我们的发现为设计和开发高性能磁性存储和逻辑技术提供了坚实的理论基础。