Nas últimas duas décadas, as junções de túnel magnético (MTJs) têm desempenhado um papel central em dispositivos spintrônicos, como cabeças de leitura de unidades de disco rígido e memórias magnetorresistivas não voláteis de acesso aleatório (MRAMs), e os pesquisadores estão constantemente trabalhando para melhorar seu desempenho. Uma das realizações mais destacadas que acelerou as aplicações práticas da tecnologia foi a realização de relações de magnetorresistência em túnel gigante (TMR) usando barreira cristalina de MgO do tipo sal-gema. Agora, em um artigo que aparece na edição desta semana da Cartas de Física Aplicada , uma equipe japonesa de pesquisadores conseguiu aplicar MgGa2O4 a uma barreira de túnel, a parte central de um MTJ, como um material alternativo aos isolantes mais convencionais, como MgO e MgAl 2 O 4 .
Um MTJ tem uma estrutura laminada que consiste em uma camada isolante em nanoescala, chamada de barreira de túnel, imprensado entre duas camadas magnéticas. Um dos índices de desempenho mais importantes de um MTJ é a razão de magnetorresistência do túnel (razão TMR), a magnitude da mudança de resistência. O óxido de magnésio (MgO) é comumente usado como uma barreira de túnel, uma vez que uma grande proporção de TMR pode ser facilmente obtida.
"A fim de ampliar ainda mais a gama de aplicações de MTJs, queríamos ajustar muito as propriedades de MTJ, substituindo o material de barreira do túnel, "disse Hiroaki Sukegawa, um cientista do Instituto Nacional de Ciência de Materiais do Japão. "Particularmente, para muitas aplicações MTJ, precisamos ter uma grande taxa de TMR e baixa resistência do dispositivo e, para isso, escolhemos um material de barreira de túnel com um baixo gap. "
A equipe selecionou semicondutor MgGa 2 O 4 , que tem um gap muito menor do que o isolador de MgO convencional, e usou a tecnologia existente para fazer um MgAl ultrafino 2 O 4 camada para atingir os parâmetros que eles estavam procurando.
O maior desafio foi obter um MgGa de alta qualidade 2 O 4 camada com interfaces sem defeitos, pois isso é essencial para alcançar uma grande proporção de TMR.
"Primeiro tentamos um método de oxidação usando uma camada de liga de Mg-Ga para o MgGa 2 O 4 preparação da camada, no entanto, este processo também causou oxidação significativa na superfície da camada magnética sob o Mg-Ga, e a estrutura fabricada resultante não funcionava como um dispositivo MTJ, "Sukegawa disse. Inspirado por seu trabalho recente em um MgAl de alta qualidade 2 O 4 fabricação, a equipe então tentou um método de pulverização catódica direta; o MgGa 2 O 4 camada foi formada por pulverização por radiofrequência a partir de um MgGa de alta densidade 2 O 4 alvo sinterizado para reduzir a sobre-oxidação interfacial.
Este novo método foi muito eficaz na produção de uma barreira de túnel de MgGa2O4 de alta qualidade com interfaces extremamente nítidas e sem defeitos. Foi uma surpresa agradável e inesperada.
"Não esperávamos que pudéssemos construir um MTJ mostrando uma grande proporção de TMR usando MgGa 2 O 4 em tão pouco tempo, uma vez que havia poucos materiais de barreira de túnel capazes de fornecer a grande proporção de TMR à temperatura ambiente que estávamos procurando, "Sukegawa disse ..
Este trabalho demonstra que, ao contrário do entendimento anterior, As barreiras de túnel MTJ podem ser "projetadas". Acreditava-se que ajustar os parâmetros físicos da barreira do túnel enquanto mantinha grandes proporções de TMR era quase impossível. Estes resultados indicam fortemente que várias propriedades físicas da barreira de túnel podem ser projetadas selecionando a composição de materiais de barreira à base de espinélio conforme necessário, enquanto se obtém um transporte dependente de spin eficiente (isto é, grande razão TMR).
Embora ainda haja mais trabalho a ser feito para alcançar proporções maiores de TMR, esses resultados abrem a possibilidade de usar "projeto de barreira de túnel" com vários óxidos de espinélio para criar novas aplicações spintrônicas.
