Durante las últimas dos décadas, las uniones de túnel magnético MTJ han desempeñado un papel central en dispositivos espintrónicos, como cabezales de lectura de unidades de disco duro y memorias de acceso aleatorio magnetorresistivas no volátiles MRAM, y los investigadores están trabajando constantemente para mejorar su rendimiento.Uno de los logros más destacados que aceleró las aplicaciones prácticas de la tecnología fue la realización de relaciones de magnetorresistencia de túnel gigante TMR mediante el uso de barrera cristalina de MgO de tipo sal de roca. Ahora, en un artículo que aparece en la edición de esta semana de letras de física aplicada , de AIP Publishing, un equipo japonés de investigadores ha logrado aplicar MgGa2O4 a una barrera de túnel, la parte central de un MTJ, como material alternativo a aisladores más convencionales como MgO y MgAl2O4.
Un MTJ tiene una estructura laminada que consiste en una capa aislante a nanoescala, llamada barrera de túnel, intercalada entre dos capas magnéticas. Uno de los índices de rendimiento más importantes de un MTJ es la relación de magnetorresistencia del túnel relación TMR, la magnitud de la resistenciaEl óxido de magnesio MgO se usa comúnmente como barrera de túnel ya que se puede obtener fácilmente una gran proporción de TMR.
"Con el fin de ampliar aún más el rango de aplicación de MTJs, queríamos ajustar enormemente las propiedades de MTJ al reemplazar el material de barrera del túnel", dijo Hiroaki Sukegawa, científico del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Japón. "Particularmente, porPara muchas aplicaciones MTJ, necesitamos tener una relación de TMR grande y una baja resistencia del dispositivo y para eso elegimos un material de barrera de túnel con un espacio de banda bajo ".
El equipo seleccionó MgGa2O4 semiconductor, que tiene un intervalo de banda mucho más bajo que el aislante de MgO convencional, y utilizó la tecnología existente para crear una capa de MgAl2O4 ultrafina para lograr los parámetros que estaban buscando.
El mayor desafío fue obtener una capa de MgGa2O4 de alta calidad con interfaces libres de defectos, ya que eso es esencial para lograr una gran relación TMR.
"Primero intentamos un método de oxidación usando una capa de aleación de Mg-Ga para la preparación de la capa de MgGa2O4, sin embargo, este proceso también causó una oxidación significativa en la superficie de la capa magnética debajo del Mg-Ga, y la estructura fabricada resultante no funcionócomo un dispositivo MTJ ", dijo Sukegawa. Inspirado por su trabajo reciente en una fabricación de MgAl2O4 de alta calidad, el equipo probó un método de pulverización directa; la capa de MgGa2O4 se formó por pulverización de radiofrecuencia de un objetivo sinterizado de alta densidad MgGa2O4 para reducir elsobreoxidación interfacial.
Este nuevo método fue muy efectivo en la producción de una barrera de túnel de MgGa2O4 de alta calidad con interfaces extremadamente nítidas y sin defectos. Fue una sorpresa agradable e inesperada.
"No esperábamos que pudiéramos construir un MTJ que mostrara una relación TMR grande usando MgGa2O4 en tan poco tiempo ya que había pocos materiales de barrera de túnel capaces de proporcionar la relación TMR grande a temperatura ambiente que estábamos buscando", dijo Sukegawadijo..
Este trabajo demuestra que, al contrario de lo que se entendía en el pasado, las barreras de túnel MTJ pueden ser "diseñadas". Se creía que ajustar los parámetros físicos de la barrera de túnel mientras se mantenían grandes relaciones de TMR era casi imposible. Estos resultados indican fuertemente que varias propiedades físicasde la barrera del túnel puede diseñarse seleccionando la composición de los materiales de barrera basados en espinela según sea necesario mientras se logra un transporte eficiente dependiente del espín es decir, una gran relación TMR
Si bien aún queda mucho trabajo por hacer para lograr relaciones TMR más grandes, estos resultados abren la posibilidad de usar el "diseño de barrera de túnel" con varios óxidos de espinela para crear nuevas aplicaciones espintrónicas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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