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研究快讯 | 基于范德华A型反铁磁CrSBr的自旋过滤隧道结中的巨大隧穿磁电阻
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Express Letter
Giant Tunneling Magnetoresistance in Spin-Filter Magnetic Tunnel Junctions Based on van der Waals A-Type Antiferromagnet CrSBr
Guibin Lan (兰贵彬), Hongjun Xu (许洪军), Yu Zhang (张雨), Chen Cheng (程琛), Bin He (何斌), Jiahui Li (李嘉辉), Congli He (何聪丽), Caihua Wan (万蔡华), Jiafeng Feng (丰家峰), Hongxiang Wei (魏红祥), Jia Zhang (张佳), Xiufeng Han (韩秀峰), and Guoqiang Yu (于国强)
Chin. Phys. Lett. 2023 40 (5): 058501
DOI: 10.1088/0256-307X/40/5/058501
文章亮点
首次在高奈尔温度且大气环境稳定的A型反铁磁CrSBr构建的自旋过滤隧道结中实现巨大的隧穿磁电阻，并且这一现象在接近其奈尔温度的130 K下仍然存在。这是目前报道的最高工作温度的自旋过滤隧道结，为基于二维范德华材料的自旋电子学器件的发展奠定了基础。
左图：Pt/Au/CrSBr/Pt自旋过滤隧道结的示意图。右图：温度依赖的隧穿磁电阻。该器件在130 K时仍具有50%左右的隧穿磁电阻信号。
基于范德华A型反铁磁CrSBr的自旋过滤隧道结中的巨大隧穿磁电阻
研究背景
隧道结是实现电学读取磁信息的关键元件，已经在例如硬盘读头、磁传感器、磁性随机存储器、自旋振荡器、斯格明子器件以及神经网络器件的自旋电子学器件中得到了广泛的应用。相较于经典的三明治构型（铁磁层/势垒层/铁磁层）隧道结，基于A型反铁磁的自旋过滤型隧道结具有巨大的隧穿磁电阻且结构简单等优势，得到了广泛的关注。然而，迄今所报道的自旋过滤隧道结大多是基于CrI3、CrCI3等卤化物，由于这些材料的奈尔温度低且易分解，故其应用面临着很大的挑战。因而，寻找一个更高奈尔温度且大气环境稳定的A型反铁磁来制备自旋过滤隧道结，可以极大地推动二维范德华材料自旋电子学器件的应用。
内容简介
最近，中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室M02课题组的兰贵彬博士生、许洪军博士后、韩秀峰研究员、于国强研究员及其合作者，制备出基于二维范德华A型反铁磁CrSBr的Pt/Au/CrSBr/Pt自旋过滤型隧道结器件。该器件表现出优异的性能：在5 K时隧穿磁电阻可以高达47000%；并且，由于具有较高的奈尔温度，CrSBr在130 K时有大约50%的隧穿磁电阻，这是目前自旋过滤隧道结中最高工作温度；同时，由于具有三轴各向异性，当沿着三个晶体轴方向施加外磁场时，CrSBr会有不同的磁电阻行为，这拓宽了基于CrSBr设计的自旋电子学器件的应用功能；此外，CrSBr在室温环境中十分稳定，这也是基于CrSBr的自旋过滤隧道结相较于其他范德华材料器件的一个优势。
研究意义和重要性
该工作首次利用具有高奈尔温度且环境中稳定的二维范德华A型反铁磁CrSBr，成功构建了自旋过滤型隧道结，较于经典隧道结体现出结构更简单而性能更优异的特点，凸显出二维范德华材料在自旋电子学器件中的应用潜力。
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