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研究快讯 | 范德华铁磁/半导体异质结中的大室温磁电阻
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EXPRESS LETTER
Large Room-Temperature Magnetoresistance in van der Waals Ferromagnet/Semiconductor Junctions
Wenkai Zhu, Shihong Xie, Hailong Lin, Gaojie Zhang, Hao Wu, Tiangui Hu, Ziao Wang, Xiaomin Zhang, Jiahan Xu, Yujing Wang, Yuanhui Zheng, Faguang Yan, Jing Zhang, Lixia Zhao, Amalia Patanè, Jia Zhang, Haixin Chang, and Kaiyou Wang
Chin. Phys. Lett. 2022 39 (12): 128501
DOI: 10.1088/0256-307X/39/12/128501
文章亮点
首次在全二维范德华磁性隧道结中实现了巨大的室温隧穿磁电阻，突破了此前范德华磁性隧道结器件仅能在低温下工作的瓶颈，为下一代自旋电子学器件的发展和实际应用开辟了有效途径。
左图：Fe3GaTe2/WSe2/Fe3GaTe2磁性隧道结的示意图。右图：室温恒定电压下器件的电阻、隧穿磁阻随磁场强度的变化。该器件在室温下具有高达85%的磁电阻信号。
范德华铁磁/半导体异质结中的室温大磁电阻
研究背景
磁性隧道结 (MTJ) 是磁性随机存取存储器、磁性传感器和可编程逻辑器件等存储器技术的核心部件。近年来，基于二维范德华异质结构的磁性隧道结为自旋电子器件的低功耗和小型化提供了前所未有的机遇。2022年，综述文献预言了当磁性隧道结特征尺寸小于20 nm时，基于传统材料的磁性隧道结将达到其性能极限，而基于全二维磁性隧道结有望突破传统磁性材料隧穿结的极限，并预测将于2030年成功研制全二维室温工作的磁隧穿结 [Nature 606, 663 (2022)]。然而，迄今所报道的范德华磁性隧道结工作温度都远远低于室温。因此，研制出可以在室温下工作的全二维磁性隧道结是其走向应用的一个重大挑战。
内容简介
最近，中国科学院半导体研究所的王开友研究员课题组与华中科技大学常海欣教授课题组及其合作者，制备出全二维范德华Fe3GaTe2/WSe2/Fe3GaTe2磁性隧道结器件。该器件表现出优异的隧穿特性，其磁电阻在10 K时达到164%，并且在室温下具有85%的磁电阻信号。该工作证明了基于Fe3GaTe2的铁磁/半导体异质界面具有很高的自旋极化度（10 K为67%；室温为55%），为进一步推动全二维磁性隧道结器件和新型全二维自旋电子器件的发展奠定了基础。
研究意义和重要性
基于二维半导体和室温二维铁磁材料，该工作首次实现了室温下全范德华磁性隧道结隧穿磁电阻效应，这不仅对研制新型全二维自旋电子器件和研究二维半导体自旋物理有重要意义，而且有助于推动全二维自旋电子器件走向应用。
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