全单层 MoS2 上 Ta/CoFeB/MgO 的大垂直磁各向异性及其电子结构第一性原理研究
材料科学
2021-06-22 v1
摘要
具有高居里温度的垂直磁化自旋注入器是在零外加磁场下于室温（RT）工作的二维材料上发展自旋光电子器件的先决条件。本文报道了在全单层（ML）MoS2 上生长具有大垂直磁各向异性（PMA）的 Ta/CoFeB/MgO 结构。在 CoFeB/MgO 界面获得了 0.975mJ/m2 的大垂直界面各向异性能，可与磁隧道结系统中观察到的值相比。发现铁磁金属（FM）与二维材料之间插入 MgO 可有效阻止 FM 原子向二维材料扩散。此外，MoS2 单层有利于 MgO(001) 织构，并对建立大 PMA 起关键作用。对类似 Fe/MgO/MoS2 结构的第一性原理计算揭示，MgO 厚度可改变 MoS2 能带结构：从 7ML-MgO 的间接带隙变为 3ML-MgO 的直接带隙。Fe 引起的邻近效应在 3ML-MgO 结构的价带于 {\Gamma} 点产生 10meV 的劈裂，而在 7ML-MgO 结构中可忽略。这些结果为在二维过渡金属硫族化物材料上发展室温自旋光电子器件铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2106.10317,
title = {Large perpendicular magnetic anisotropy in Ta/CoFeB/MgO on full coverage monolayer MoS2 and first principle study of its electronic structure},
author = {Ziqi Zhou and Paul Marcon and Xavier Devaux and Philippe Pigeat and Alexandre Bouché and Sylvie Migot and Abdallah Jaafar and Remi Arras and Michel Vergnat and Lei Ren and Hans Tornatzky and Cedric Robert and Xavier Marie and Jean-Marie George and Henri-Yves Jaffrès and Mathieu Stoffel and Hervé Rinnert and Zhongming Wei and Pierre Renucci and Lionel Calmels and Yuan Lu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.10317},
year = {2021}
}