基于自旋半金属电极的磁隧道结、存储单元及存储设备制造技术

本发明专利技术公开了一种基于自旋半金属电极的磁隧道结，包括二维铁磁绝缘材料层以及间隔覆盖在二维铁磁绝缘材料上的第一二维自旋半金属材料层和第二二维自旋半金属材料层，其中，第一二维自旋半金属材料层和第二二维自旋半金属材料分别与二维铁磁绝缘材料层通过范德瓦尔斯相互作用形成范德瓦尔斯异质结，第一二维自旋半金属材料层作为入射电极，第二二维自旋半金属材料层作为出射电极；异质结中能够发生层间电荷转移，使二维铁磁绝缘材料层与第一二维自旋半金属材料层或第二二维自旋半金属材料层接触的区域由绝缘态转变为自旋半金属态。该磁隧道结电极的自旋半金属性完全由异质结中的层间电荷转移诱导，电极和势垒层之间不存晶格失配和缺陷。存晶格失配和缺陷。存晶格失配和缺陷。

【技术实现步骤摘要】
基于自旋半金属电极的磁隧道结、存储单元及存储设备


[0001]本专利技术属于二维纳米自旋电子器件
，具体涉及一种基于自旋半金属电极的磁隧道结、存储单元及存储设备。

技术介绍

[0002]自旋半金属材料由于其费米能级附近只存在一种自旋态，因此具有100％的自旋极化率，这意味着使用自旋半金属材料作为磁隧道结的电极材料，理论上可以获得无限大的隧穿磁阻。科研人员搭建了以霍伊斯勒合金(Heusler alloys)为代表的多种本征自旋半金属材料为电极的磁隧道结模型，大量的理论研究表明自旋半金属电极磁隧道结具有极高的隧穿磁阻。然而到目前为止还没有实现理论预测中的极高隧穿磁阻的自旋半金属电极磁隧道结。例如，Co2MnSi钴锰硅合金作为电极的磁性隧道结，在室温和4.2K下的隧穿磁阻分别为179％和683％；磁性隧道结Co2Mn
1.24
Fe
0.16
Si
0.84
|MnO|Co2Mn
1.24
Fe
0.16
Si
0.84
在4.2K时隧穿磁阻为2610％，均远远低于理论预测的结果。
[0003]对于难以在自旋半金属电极磁隧道结中实现极高隧穿磁阻的问题，学术界将其归因于本征自旋半金属材料与势垒材料形成异质结的过程中，两种材料之间由于晶格失配和缺陷形成复杂界面。复杂界面的存在破坏了界面附近电极材料的自旋半金属性，因而导致了隧穿磁阻的巨大损失。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于自旋半金属电极的磁隧道结、存储单元及存储设备。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0005]本专利技术的一个方面提供了一种基于自旋半金属电极的磁隧道结，包括二维铁磁绝缘材料层以及间隔覆盖在所述二维铁磁绝缘材料上的第一二维自旋半金属材料层和第二二维自旋半金属材料层，其中，
[0006]所述第一二维自旋半金属材料层和所述第二二维自旋半金属材料分别与所述二维铁磁绝缘材料层通过范德瓦尔斯相互作用形成范德瓦尔斯异质结，所述第一二维自旋半金属材料层作为入射电极，所述第二二维自旋半金属材料层作为出射电极；
[0007]所述范德瓦尔斯异质结中能够发生层间电荷转移，使所述二维铁磁绝缘材料层与所述第一二维自旋半金属材料层或所述第二二维自旋半金属材料层接触的区域由绝缘态转变为自旋半金属态。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，所述二维铁磁绝缘材料层为单层CrI3材料。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，所述第一二维自旋半金属材料层和所述第二二维自旋半金属材料层为相同的二维自旋半金属材料。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述第一二维自旋半金属材料层和所述第二二维自旋半金属材料层均为单层MnGeTe3材料或单层MnGeSe3材料。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述单层CrI3材料、所述单层MnGeTe3材料和所述单层
MnGeSe3材料均采用机械剥离法从块体中制备。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述第一二维自旋半金属材料层和所述第二二维自旋半金属材料层选用不同的二维自旋半金属材料。
[0013]本专利技术的另一方面提供了一种磁隧道结存储单元，包括上述实施例中任一项所述的磁隧道结。
[0014]本专利技术的又一方面提供了一种存储设备，包括上述实施例所述的磁隧道结存储单元。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0016]1、本专利技术的磁隧道结提出一种通过范德瓦尔斯相互作用搭建二维范德瓦尔斯异质结，从本征铁磁绝缘体材料中诱导自旋半金属性，构建了一种结构为自旋半金属|绝缘体|自旋半金属的磁隧道结。该磁隧道结中电极的自旋半金属性完全由二维铁磁绝缘材料层/二维自旋半金属材料层异质结中的层间电荷转移诱导而来，电极和势垒之间不存晶格失配和缺陷，因而避免了磁隧道结中因复杂界面导致的自旋半金属性的损失，电极的自旋半金属性可以完全保留并参与到隧穿过程中，可以实现极高的隧穿磁阻。
[0017]2、相比与传统磁隧道结势垒厚度的不可调节性，本专利技术提出的磁隧道结可以通过控制二维自旋半金属材料层两极之间的距离控制自旋半金属态CrI3之间的距离，控制绝缘态CrI3的宽度，从而控制势垒厚度。
[0018]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例提供的一种基于自旋半金属电极的磁隧道结的结构示意图；
[0020]图2是本专利技术实施例提供的一种基于自旋半金属电极的磁隧道结的原理示意图；
[0021]图3是本专利技术实施例提供的单层CrI3和CrI3/MnGeTe3异质结的态密度图；
[0022]图4是本专利技术实施例提供的一种基于自旋半金属电极的磁隧道结的导通通道的实空间散射态图谱；
[0023]图5是本专利技术实施例提供的一种基于自旋半金属电极的磁隧道结的偏置电压
‑
隧穿磁阻曲线。
具体实施方式
[0024]为了进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本专利技术提出的基于自旋半金属电极的磁隧道结、存储单元及存储设备进行详细说明。
[0025]有关本专利技术的前述及其他
技术实现思路
、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本专利技术为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本专利技术的技术方案加以限制。
[0026]应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非
排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0027]请参见图1，图1是本专利技术实施例提供的一种基于自旋半金属电极的磁隧道结的结构示意图。本实施例的磁隧道结包括二维铁磁绝缘材料层以及间隔覆盖在该二维铁磁绝缘材料上的第一二维自旋半金属材料层和第二二维自旋半金属材料层，其中，第一二维自旋半金属材料层和第二二维自旋半金属材料分别与二维铁磁绝缘材料层通过范德瓦尔斯相互作用形成范德瓦尔斯异质结，第一二维自旋半金属材料层作为入射电极，第二二维自旋半金属材料层作为出射电极，所形成的范德瓦尔斯异质结中能够发生层间电荷转移，使二维铁磁绝缘材料层与第一二维自旋半金属材料层或第二二维自旋半金属材料层的接触区域由绝缘态转变为自旋半金属态。
[0028]本专利技术实施例提出的磁隧道结基于二维范德瓦尔斯材料，此类材料层内化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自旋半金属电极的磁隧道结，其特征在于，包括二维铁磁绝缘材料层以及间隔覆盖在所述二维铁磁绝缘材料上的第一二维自旋半金属材料层和第二二维自旋半金属材料层，其中，所述第一二维自旋半金属材料层和所述第二二维自旋半金属材料分别与所述二维铁磁绝缘材料层通过范德瓦尔斯相互作用形成范德瓦尔斯异质结，所述第一二维自旋半金属材料层作为入射电极，所述第二二维自旋半金属材料层作为出射电极；所述范德瓦尔斯异质结中能够发生层间电荷转移，使所述二维铁磁绝缘材料层与所述第一二维自旋半金属材料层或所述第二二维自旋半金属材料层接触的区域由绝缘态转变为自旋半金属态。2.根据权利要求1所述的基于自旋半金属电极的磁隧道结，其特征在于，所述二维铁磁绝缘材料层为单层CrI3材料。3.根据权利要求2所述的基于自旋半金属电极的磁隧道结，其特征在于，所述第一二维自...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋延兴，柴常春，李福星，秦英朔，孟祥瑞，宋博奇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：