論文題目：Room-Temperature and Tunable Tunneling Magnetoresistance in Fe₃GaTe₂?Based 2D van der Waals Heterojunctions

發(fā)表期刊：ACS Applied Materials & Interfaces IF: 9.5

DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.3c06167

　　【引言】

　　基于范德華 (vdW) 異質(zhì)結(jié)構(gòu)的磁隧道結(jié) (MTJs)具有原子尺度上清晰且銳利的界面，是下一代自旋電子器件的重要材料。傳統(tǒng)的Fe₃O₄、NiFe和Co等材料所制成的MTJ相關(guān)器件在10-80K溫度下的磁阻率僅為0.2%-3.2%，主要是因為在制備過程中界面處會受到不可避免的損傷。尋找擁有清晰且完整界面的垂直磁各向異性(PMA)的鐵磁性晶體就成為了發(fā)展MTJ相關(guān)器件的關(guān)鍵。二維過渡金屬二硫?qū)倩锸且环N具有清晰的界面二維鐵磁材料，近年來成為制備MTJ相關(guān)器件的明星材料。然而，在已報道的研究中，尚未有在室溫下還展現(xiàn)出一定隧穿磁阻率的相關(guān)研究。

　　【成果簡介】

　　近日，華中科技大學(xué)相關(guān)團隊利用小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3制備出了基于垂直范德華結(jié)構(gòu)的室溫條件下的MTJ器件。器件的上下電極為Fe₃GaTe₂，中間層為WS₂。非線性I-V曲線顯示了Fe₃GaTe₂/WS₂/Fe₃GaTe₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)的隧穿輸運行為。在10K的溫度下，其隧穿磁阻率可達213%，自旋極化率可達72%。在室溫條件下，所制備器件的隧穿磁阻率仍可達11%，此外，隧穿磁阻率可以通過外加電流進行調(diào)控，調(diào)控范圍為-9%-213%，顯示出了自旋濾波效應(yīng)。相關(guān)工作以《Room-Temperature and Tunable Tunneling Magnetoresistance in Fe3GaTe2?Based 2D van der Waals Heterojunctions》為題在SCI期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上發(fā)表。

　　文中所使用的小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3具有結(jié)構(gòu)小巧緊湊(70 cm x 70 cm x 70 cm)，無掩膜直寫系統(tǒng)的靈活性，還擁有高直寫速度，高分辨率等特點，為本實驗提供了方便高效的器件制備方案。

小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3

　　【圖文導(dǎo)讀】

圖1. Fe₃GaTe₂/WS₂/Fe₃GaTe₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)的MTJ器件結(jié)構(gòu)及表征。（a）Fe₃GaTe₂/WS₂/Fe₃GaTe₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)的MTJ器件結(jié)構(gòu)的示意圖。（b）Fe₃GaTe₂/WS₂/Fe₃GaTe₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)的MTJ器件各部分的AFM表征。（c）MTJ器件的刨面圖。

圖2. Fe₃GaTe₂霍爾器件的磁傳輸特性。（a）利用MicroWriter ML3無掩模光刻機制備的Fe₃GaTe₂霍爾器件的AFM表征結(jié)果。（b）Rxx隨溫度的變化。（c）不同溫度下，Rxy隨磁場的變化。

圖3.Fe₃GaTe₂/WS₂/Fe₃GaTe₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)的MTJ器件的電磁輸運特性。（a）在10K和300K的溫度下的I-V曲線。（b）在溫度為10K和電流為10nA的條件下，電阻和隧穿磁阻率隨磁場的變化。

圖4. 在10K到300K的溫度范圍內(nèi)的磁輸運測量結(jié)果。(a)隧穿磁阻率在不同溫度下的結(jié)果。（b）隧穿磁阻率隨溫度的變化。（c）自旋極化率隨溫度的變化。

圖5. 論文中制備的器件與其他論文中器件的自旋極化率比較。

　　【結(jié)論】

　　論文中，華中科技大學(xué)相關(guān)團隊利用小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3 制備了基于Fe₃GaTe₂/WS₂/Fe₃GaTe₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)的MTJ器件。該器件在10K的溫度下，隧穿磁阻率高達213%，自旋極化率為72%。與已報道的MTJ器件相比，論文中所制備的器件在室溫下的隧穿磁阻率仍可達11%，為自旋電子器件的發(fā)展提供了一種可能。此外，在論文中還可以看出，小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)-MicroWriter ML3得益于其強大的光刻和套刻能力，可以十分方便地實現(xiàn)實驗中所設(shè)計圖形的曝光，是各學(xué)科科研中制備各類微納器件的得力助手。

　　相關(guān)產(chǎn)品：

　　1、小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3：http://www.buyu5683.com/product/20160315755.shtml