CoFe/MgO/CoFe(001)结中的巨振荡隧穿磁阻
材料科学
2022-02-17 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
在磁性隧道结（MTJs）中观察到的隧穿磁阻（TMR）效应被广泛应用于许多自旋电子学应用中，因为该效应可在宽范围器件电阻下轻松将局域磁态转换为电信号。在本研究中，我们利用CoFe/MgO/CoFe(001)外延MTJs，在室温（RT）下展示了高达631%的TMR比，这是目前用于磁阻随机存取存储器（MRAM）器件的TMR比的两倍或更多。TMR比在10 K时增至1143%，对应于0.923的有效隧穿自旋极化率。所观察到的大TMR比源于对MTJs原子尺度结构（如晶体取向和MgO界面氧化）的精细调控，其中众所周知的巨TMR效应的Delta1相干隧穿机制预期会显著增强。然而，标准相干隧穿理论未涵盖的行为意外地显现出来；即（i）在厚MgO势垒区的TMR饱和，以及（ii）在MgO厚度上以0.32 nm为周期的增强TMR振荡。尤其，TMR振荡行为在宽范围MgO厚度中主导输运；TMR振荡的峰谷差在室温下超过140%，归因于电阻面积乘积（RA）中出现大的振荡分量。此外，我们发现TMR比和RA的振荡行为即使在施加±1 V偏压时依然存在，表明该振荡具有鲁棒性。我们对巨室温TMR比的演示将成为建立自旋电子架构（如大容量MRAM和自旋电子人工神经网络）的关键一步。更重要的是，本观测可促使我们重新审视晶态MTJs中真正的TMR机制。
引用
@article{arxiv.2202.07847,
title = {Giant oscillatory tunnel magnetoresistance in CoFe/MgO/CoFe(001) junctions},
author = {Thomas Scheike and Zhenchao Wen and Hiroaki Sukegawa and Seiji Mitani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.07847},
year = {2022}
}
备注
40 pages, 10 figures, 1 table