Hole transport across MgO-based magnetic tunnel junctions with high resistance-area product due to oxygen vacancies
量子力学隧穿过程保持了所考虑的粒子的量子特性。当应用于固态隧穿（SST）时，这一物理定律在自旋电子学领域内得到了验证，关于早期实验中穿过Ge隧道势垒的电子自旋，以及90年代穿过Al2O3势垒的电子自旋。轨道占有率的量子参数的守恒，被分组为电子对称性，在2000年代被观察到跨越MgO屏障，其次是SrTiO 3（STO）。势垒缺陷，如氧空位，部分地保留了这种电子对称性。在固态中，另一个微妙之处是载流子的符号：空穴还是电子参与了传输？我们表明，SST跨MgO磁性隧道结（MTJ）与大的电阻面积（RA）的产品涉及孔通过检查如何移动MTJ的费米能级改变随后的势垒的氧空位所定义的势垒高度。在此过程中，我们巩固了特定的氧空位诱导局域态引起的隧道势垒高度的描述。我们的工作开辟了前景，了解高TMR和自旋转移力矩跨MgO基纳米柱的同时观察。
2019-03-23 cond-mat.mes-hall
Thermal spin injection and accumulation in CoFe/MgO tunnel contacts to n-type Si through Seebeck spin tunneling
本文报道了CoFe/MgO晶体与n型Si的Seebeck自旋隧穿（SST）隧道接触中的热自旋注入和积累。随着焦耳加热（激光加热）的Si（CoFe），热诱导的自旋积累检测通过Hanle效应的两个极性的温度梯度的隧道接触。热自旋信号的大小与加热功率成线性关系，并且当我们反转温度梯度时，其符号被反转，表明SST和热自旋积累的主要特征。我们观察到，对于Si（CoFe）加热，SST诱导的热自旋信号对应于Si中的多数（少数）自旋积累。通过对热自旋信号和电自旋信号的定量比较，指出通过SST的热自旋注入是有效注入自旋积累的可行途径
2013-08-28 cond-mat.mes-hall
The two-bands model of the magnetic tunnel junctions in the Fe/Cr/MgO/Fe structure
在本文中，我们提出了在Fe/Cr/MgO/Fe隧道结与非共线排列的金属层，包括这些MTJ的磁化自旋相关的输运的理论研究。在Keldysh形式主义的框架内，使用非平衡格林函数技术进行计算。WKB近似用于在梯形势垒区下施加电压的波和格林函数。铁磁电极的电子结构采用双带模型，即主要是s电子和少数d空穴。此外，我们通过计算波函数和格林函数的相应微扰修正引入了s-d杂化。
2009-12-03 cond-mat.mes-hall
Low-frequency and shot noises in CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunneling junctions
研究了低温下自旋阀CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结的低频噪声和散粒噪声。测得的1/f噪声周围的自由层的磁滞回线表明，1/f噪声的主要来源是磁波动，这是讨论的波动耗散关系。随机电报噪声（RTN）被观察到对称增强的磁滞回线方面的两个磁配置。我们发现这种增强是由自由层中两个磁态之间的涨落引起的。虽然1/f噪声几乎与磁结构无关，但RTN在反平行结构中得到增强。这些发现表明RTN的自旋依赖性激活的存在。散粒噪声揭示了通过结晶MgO势垒的自旋相关的相干隧穿过程。
2013-01-09 cond-mat.mes-hall
Magnetization reversal in sub-100nm magnetic tunnel junctions with ultrathin MgO barrier biased along hard axis
本文报道了亚100 nm椭圆CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结的室温磁电阻和低频噪声。对于沿难磁化轴施加的磁场，我们观察到电流诱导的磁化在反平行和平行排列之间切换，在DC电流密度低至4* 106 A/cm 2。我们把临界电流的低值归因于隧道势垒中局部减少的影响，这影响了电流分布。随机电报噪声，这出现在附近的磁化开关的字段间隔的分析，提供了一个估计的伪针孔的尺寸，通过本地自旋扭矩触发磁化开关。微磁学模拟定性和定量再现的主要实验观察。
2013-05-27 cond-mat.mes-hall
Transmission spectra of Fe/MgO (001) double-barrier tunnel junctions at finite bias
在这篇文章中，我们用自洽的方法计算了一个Fe/MgO（001）单势垒和一个双势垒隧道结的弹道传输作为能量的函数，并将它们与它们的电子结构联系起来。计算了不同偏压下各种结的透射谱。我们专注于偏压对表面和量子阱态介导的共振隧穿的影响。计算是在相干的制度，使用密度泛函理论和非平衡格林函数的组合，在{ \it ab initio}代码{ \it SMEAGOL}中实现。我们的结论是，对于这两种结，传输函数依赖于所施加的偏置电压。在单势垒结中，由共振Fe少数表面态介导的输运被偏压迅速破坏。在双势垒结中，通过多数量子阱态的共振隧穿的出现强烈地受到偏压的影响。
2008-08-08 cond-mat.mes-hall
Giant Voltage Manipulation of MgO-based Magnetic Tunnel Junctions via Localized Anisotropic Strain: a Potential Pathway to Ultra-Energy-Efficient Memory Technology
在压电/铁磁系统中，应变介导的磁化电压控制是实现节能自旋电子存储器件的一种有前途的机制。在这里，我们展示了巨大的电压操纵的MgO磁性隧道结（MTJ）上的Pb（Mg 1/3 Nb 2/3）0.7Ti 0.3O3（PMN-PT）压电基板（001）取向。据发现，磁易轴，开关场，和隧道磁阻（TMR）的MTJ可以有效地控制应变从下面的压电层时，施加的栅极电压。可重复的电压控制的MTJ之间的高/低电阻状态的切换被证明。更重要的是，而不是依赖于压电基板的固有各向异性，以产生所需的应变，我们利用各向异性应变产生的局部选通方案，这是可扩展的，并服从实际的存储器应用。另外，在压电层上采用基于晶体MgO的MTJ使其本身在应变介导MRAM器件中具有高TMR。
2016-08-30 cond-mat.mes-hall
Crossover from Kondo assisted suppression to co-tunneling enhancement of tunneling magnetoresistance via ferromagnetic nanodots in MgO tunnel barriers
最近，它已被证明，磁性隧道结薄氧化镁隧道势垒表现出非常高的隧道磁阻（TMR）值在室温下1，2。然而，通过MgO势垒的自旋相关隧穿物理才刚刚开始解开。使用平面磁性隧道结，其中超薄层的磁性金属沉积在中间的MgO隧道势垒在这里，我们证明了TMR强烈修改时，这些层是不连续的，由小煎饼形状的纳米点。在低温下，在库仑阻塞机制中，对于小于~1 nm厚的层，结的电导在低偏压下增加，与近藤辅助隧穿一致。在同一制度中，我们观察到对德涅斯特河沿岸摩尔多瓦共和国的抑制。对于稍厚的层和相应较大的纳米点，TMR在低偏压下增强，与共隧穿一致。
2007-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric effects in FeCo|MgO|FeCo magnetic tunnel junctions
采用推广的Landauer-Büttiker方法，从第一性原理出发研究了FeCo |MgO|（001）磁性隧道结的热电系数（Seebeck系数和热导率）.与外延Fe |MgO| Fe（001）MTJ相比，FeCo |MgO| FeCo（001）MTJ通常产生较小的热电效应。的（磁）塞贝克效应是敏感的FeCo $|$ MgO界面的细节。界面氧空位（OV）的存在可以显著增强MTJ的热电效应。我们还计算了角相关的Seebeck系数，提供更多的信息有关的运输物理。我们报告在室温下的Wiedemann-Franz定律的大偏差。
2014-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cryogenic temperature deposition of high-performance CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions on 300 mm wafers
我们开发了一种用于在300 mm热氧化硅晶片上制备高性能CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结（MTJ）的低温沉积工艺。详细研究了CoFeB薄膜的沉积温度对MTJ的纳米结构、磁性和磁输运性质的影响。当在100 K下沉积CoFeB时，MTJ表现出214 uJ/m2的垂直磁各向异性（PMA）和-45 fJ/Vm的压控磁各向异性（VCMA）系数，与室温沉积CoFeB的情况相比，分别对应于PMA和VCMA的1.4倍和1.7倍增强。MTJ性质的改善不仅仅是由于MTJ膜的形态。界面敏感的磁输运性质表明，界面质量，如在MgO/CoFeB界面的混合和氧化态的低温沉积得到改善。低温溅射沉积有望成为下一代磁阻随机存取存储器的标准制造工艺。
2023-01-12 cond-mat.mes-hall
Encoding information onto the charge and spin state of a paramagnetic atom using MgO tunnelling spintronics
Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, UMR 7504 CNRS, Université de Strasbourg（斯特拉斯堡材料与化学物理研究所，CNRS联合研究单位7504，斯特拉斯堡大学）；Institut Jean Lamour UMR 7198 CNRS Université de Lorraine（让·拉默尔研究所，CNRS联合研究单位7198，洛林大学）；Institut de Chimie UMR 7177 CNRS Université de Strasbourg（化学研究所，CNRS联合研究单位7177，斯特拉斯堡大学）
利用MgO隧道自旋电子学在磁性隧道结中编码信息到电荷和自旋状态，实现量子输运和自旋阻塞效应，展示了一种可行的工业实现路径。
2025-03-14 cond-mat.mes-hall
Spin torque, tunnel-current spin polarization and magnetoresistance in MgO magnetic tunnel junctions
我们研究了具有超薄MgO隧道势垒层的磁性隧道结（MTJ）的自旋转移矩（ST）响应，以研究有限偏压下自旋转移矩与隧道磁阻（TMR）之间的关系。我们发现，施加在自由层上的每单位电流的自旋扭矩减少了不到10%的偏置范围内的TMR减少超过40%。我们研究了这一结果对各种自旋极化隧穿模型的影响，发现它与磁态相关的有效隧穿衰减长度是一致的。
2005-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunneling magneto thermocurrent in CoFeB/MgO/CoFeB based magnetic tunnel junctions
研究了CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结（MTJ）的隧穿磁热电势和隧穿磁热流。该设备显示出一个明确的热电性能的变化后，从平行到反平行取向的CoFeB层的磁化反转。当从并联切换到反并联时，热功率增加高达55%，而热电流下降45%。这些观察结果可以很好地解释的Onsager关系，考虑到隧道磁电阻的MTJ。这些发现对比以往的研究AlO为基础的MTJ系统，揭示隧穿磁热功率，但没有隧穿磁热电流。
2013-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Biaxial strain effect of spin dependent tunneling in MgO magnetic tunnel junctions
研究了应变对类金刚石薄膜诱导的磁性隧道结的影响。结电阻和隧道磁电阻（TMR）随着DLC膜的减小而减小。非平衡格林函数量子输运计算表明，双轴应变的应用增加了电导的平行和反平行配置。然而，少数沟道和反平行结构的电导对应变明显更敏感，这大大增加了通过MgO隧道势垒的透射率，因此，TMR比随着双轴应变而降低。
2012-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Broadband voltage rectifier induced by linear bias dependence in CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions
在本文中，垂直磁各向异性（PMA）是通过改变自由层的厚度与生产的MTJ纳米柱与平面内磁场和直流偏置具有平滑的线性电阻依赖性的目的定制。此外，我们还演示了如何使用这种线性偏置依赖性来创建零阈值宽带电压整流器，这是无线充电和能量收集应用中整流的重要功能。通过仔细平衡作用在自由层中的PMA的量，可以使测量的RF到DC电压转换效率高达11%。
2018-04-11 cond-mat.mes-hall
Tunable Spin Seebeck Diode with Magnonic Spin Tunneling Junction
本文从理论上研究了任意磁化方向的磁振子自旋隧道结中由自旋塞贝克效应引起的自旋波自旋电流。我们表明，MSTJ的功能作为一个\textit{tunable}自旋塞贝克二极管，其中隧道自旋电流可以打开和关闭，通过控制磁化方向的高效率。
2018-11-03 cond-mat.mes-hall
Spin dependent resonant tunneling through 6 micron diameter double barrier resonant tunneling diode
基于顺磁Zn_（1-x-y）MnyCd_xSe系统的垂直共振隧穿二极管（RTD）已被制作成柱直径小至~ 6 μ m。该二极管在4.2K的温度下通过量子阱的电子子带表现出高质量的共振隧穿特性，其中除了主峰之外还可观察到清晰的声子副本。这两个峰都显示了在外加磁场中的巨大塞曼分裂。采用自洽实时格林函数法，模拟了其电流-电压特性，与实测结果吻合较好。
2007-05-10 cond-mat.mes-hall
Strongly suppressed 1/f noise and enhanced magnetoresistance in epitaxial Fe-V/MgO/Fe magnetic tunnel junctions
通过在具有MgO势垒的外延磁性隧道结中减少FeV/MgO界面失配，使Fe电极与V合金化，显著抑制了磁性（平行）和磁性（反平行）状态1/f噪声，并增强了隧穿磁阻（TMR）。对0 <= x <= 0.25的Fe/MgO/Fe和Fe/MgO/Fe 1-xVx MTJ的室温电子输运和低频噪声的比较研究表明，当x < 0.1时，底部电极的V掺杂使归一化的电子输运和磁1/f噪声降低了近2个数量级。我们把增强的TMR和抑制的1/f噪声归因于强烈降低的失配和位错密度。
2010-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time-resolved spin-torque switching in MgO-based perpendicularly magnetized tunnel junctions
研究了垂直磁化隧道结（pMTJ）中ns量级的自旋力矩感应开关。虽然开关电压与宏自旋不稳定性阈值相匹配，但反转的电签名表明各种尺寸的结中存在畴壁。在反平行（AP）到平行（P）的切换中，成核阶段之后是壁以40 m/s的平均速度通过样品的不可逆流动，其中来回振荡运动指示Walker传播状态。一个模型与一个单壁局部响应的自旋扭矩再现的基本动力学签名的逆转。P到AP的转变具有复杂的动力学，具有动力学反向跳跃，其概率随电压增加。我们把这种反向跳跃归因于名义上固定层的不稳定性。
2016-02-02 cond-mat.mes-hall
Electrical spin injection from ferromagnet into an InAs heterostructures through MgO tunnel barrier
我们研究了从Ni_（81）Fe_（19）到InAs量子阱中通过MgO隧穿势垒的电自旋注入，并将其应用于InAs基自旋场效应晶体管。在非局域和局域自旋阀装置中检测到注入的自旋极化电流，并分析了自旋扩散长度和自旋注入效率。在1.4K下，非局域条件下的自旋扩散长度为1.6 μm。Ni_（81）Fe_（19）/MgO/InAs样品的自旋极化率为6.9%，而热处理后样品的自旋极化率提高了8.9%。
2013-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz spin conductance probes of coherent and incoherent spin tunneling through MgO tunnel junctions
本文利用太赫兹发射光谱测量CoFeB/MgO/Pt结构中MgO层的复值自旋电导，区分了Pt针孔输运、相干隧穿及缺陷态介导的非相干共振隧穿，并发现后者弛豫时间随MgO厚度单调增长至270 fs，与解析模型一致。
2023-06-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Quantum size effects on spin-tunneling time in a magnetic resonant tunneling diode
从理论上研究了（Zn，Mn）Se稀磁半导体层磁共振隧穿二极管（RTD）的量子尺寸效应对电子自旋隧穿时间和自旋极化的影响。结果表明，自旋隧穿时间可能会发生振荡，并且自旋方向相反的电子的隧穿时间会因系统参数的不同而有很大的差异。我们还研究了结构不对称性的影响，这是有关的厚度的差异的双折射层。研究发现，结构的不对称性对电子隧穿磁性RTD的时间和自旋极化有很大的影响。结果表明，通过选择合适的层厚，可以设计出高速、理想的自旋滤波二极管。
2009-10-24 cond-mat.mes-hall
Determination of spin-dependent Seebeck coefficients of CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junction nanopillars
研究了CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结（MTJ）在存在温度梯度时的自旋相关Seebeck系数和隧穿磁热电势.热梯度由纳米柱顶部的电加热器产生。发现MTJ上的热功率电压与加热功率成线性关系，并揭示了与隧道磁阻相似的场依赖性。热梯度的幅度是从校准测量结合有限元模拟的热通量。在此基础上，导出了（240 \pm 110）\muV /K量级的大自旋相关Seebeck系数。从介电击穿后的MTJ上的额外测量，对于1.5nm MgO基MTJ纳米柱，可以导出高达90%的隧穿磁热电功率。
2011-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of magnetocrystalline anisotropy at the L2$_1$ Full Heusler|MgO interfaces and tunnel junctions
用第一性原理计算研究了Heusler合金$|$ MgO界面的磁晶各向异性。结果表明，Co封端的Co $_{2}$ FeAl $|$ MgO界面表现出垂直磁各向异性，最高可达1.31 mJ/m $^2$，而FeAl封端的界面表现出面内磁各向异性.原子层分辨分析表明，Co $_{2}$ FeAl $|$ MgO界面垂直磁各向异性的起源可以归因于界面Co原子的面外轨道贡献。同时，Co $_{2}$ MnGe和Co $_{2}$ MnSi与MgO的界面倾向于有利于所有终端的面内磁各向异性。
2016-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Parallel-leaky capacitance equivalent circuit model for MgO magnetic tunnel junctions
已经观察到MgO基磁性隧道结（MTJ）的电容与磁场有关。我们提出了一个等效电路的MTJ与并联泄漏电容（Cl）的几何和界面电容的串联组合。不同的隧道磁阻值的结的分析表明，较高的Cl低TMR结。使用Cole-Cole图，MTJ的电容性质得以体现。用Maxwell-Wagner电容模型进行拟合，验证了MTJ的RC并联网络模型，提取的场相关参数与实验值相符。
2012-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-pumping through a varying-thickness MgO interlayer in Fe/Pt system
探讨了Fe/Pt双层膜中MgO隧穿层的自旋抽运机制。我们用铁磁共振技术和自旋抽运实验证明，自旋电流可以隧穿厚度达2 nm的MgO中间层，并在Pt层中产生明显的电压。自旋泵的电检测进一步揭示了整流和分流效应对所产生的电压的关键作用。非零自旋电流通过几个单层的绝缘夹层的输运可能引发进一步研究的作用，非常薄的氧化物在自旋泵实验。
2017-02-17 cond-mat.mes-hall
Negative tunneling magnetoresistance by canted magnetization in MgO/NiO tunnel barriers
通过测量隧道磁电阻和X射线磁圆二色性（XMCD），研究了在磁性隧道结中MgO势垒和铁磁电极之间插入超薄NiO层对隧道磁电阻的影响。磁电阻对偏置电压表现出很高的不对称性，在2.8K时出现负值-16%。我们将此归因于通过XMCD观察到的NiO层中的非共线自旋结构的形成。由于交换作用，界面Ni原子的磁矩相对于易磁化轴发生倾斜，且倾斜角随NiO厚度的增加而减小。非共线自旋密度泛函理论进一步支持了实验观测。
2011-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of MgO tunnel barrier thickness on spin-transfer ferromagnetic resonance and torque in magnetic tunnel junctions
利用自旋扭矩二极管效应研究了具有不同厚度MgO隧道势垒（0.75 nm < $t_{MgO}$ < 1.05 nm）的对称磁性隧道结（MTJ）中的自旋转移铁磁共振（ST-FMR）。将RF电流施加到纳米尺寸的MTJ中在频率与由自旋转移扭矩引起的电阻振荡共振时在器件两端产生DC混合电压。通过比较ST-FMR信号与宏自旋和微磁模拟，分析了MTJ自由层和参考层的磁化进动。由不同直流偏压下的ST-FMR谱，导出了面内和垂直方向的转矩。实验和自由电子模型计算表明，绝对转矩值与隧道势垒厚度无关。讨论了MTJ自由层和参考层之间的耦合对ST-FMR信号的影响以及由此导出的力矩。
2013-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wireless communication between two magnetic tunnel junctions acting as oscillator and diode
磁性隧道结是具有微波产生和检测能力的纳米自旋电子器件。在这里，我们使用的整流效应称为“自旋二极管”的磁性隧道结无线检测微波发射的另一个结中的自动振荡制度。我们表明，在接收结端测量的整流自旋二极管电压可以根据每个结中独立测量的自振荡和自旋二极管光谱来重建。最后，我们适应自振子模型的情况下，自旋力矩振荡器和自旋力矩二极管，我们表明，准确地再现实验观察到的功能。这些结果将有助于设计基于自旋电子纳米器件的微波通信电路和芯片。
2020-02-19 cond-mat.mes-hall
Non-equilibrium Green's function based single-band tight-binding model for Fe-MgO-Fe magnetic tunnel junction devices
在Fe-MgO-Fe磁性隧道结器件中观察到了很高的隧道磁电阻效应（TMR），基于单带紧束缚近似，我们提出了一个理论模型。试图捕捉二维横向布里渊区的能带色散。在输运方向上，对Delta_1和Delta_5带给出了自旋相关的哈密顿量。非平衡格林函数形式主义，然后用于计算运输。在这个简单的模型中定量地捕获了TMR的电压依赖性等特征，并且其趋势与从头算方法和实验预测的趋势相匹配。
2008-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Diffused Hydrogen on the Conductance of Fe/Mgo/Fe Magnetic Tunnel Junctions: Atomistic Simulation
本文用第一性原理计算方法分析了Fe-MgO-Fe磁性隧道结氧化镁势垒制备过程中，间隙中氢原子的扩散对电导的影响。这种氢原子在阻挡层间隙空隙中的扩散干扰了氧化镁所具有的某种对称性，通常称为δ 1状态对称性。δ 1态对称性的畸变使磁隧道结的磁阻变小，特别是在并联结构中，这反过来又在很大程度上降低了隧道磁阻TMR。改进的制造方法可用于解决影响器件操作的此类问题。
2014-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Contact Induced Spin Relaxation in Graphene Spin Valves with Al2O3 and MgO Tunnel Barriers
我们通过系统地比较自旋吸收，其他接触诱导效应（例如边缘场等），以及具有MgO阻挡层、Al2O3阻挡层和透明接触的石墨烯自旋阀的体自旋弛豫。我们得到的有效自旋寿命拟合Hanle自旋进动数据与两个模型，包括或不包括自旋吸收的影响。结果表明，额外的接触引起的自旋弛豫以外的自旋吸收占主导地位的接触效果。对于隧穿接触，我们发现合理的协议之间的两个模型的中位数差异约20%的MgO和10%的Al2O3。
2015-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunneling in double barrier junctions with 'hot spots'
研究了具有软势垒击穿（热点）的外延Fe（100）/MgO/Fe/MgO/Fe双磁隧道结中的电子输运。这些结的特殊性是连续的中间层和MgO势垒的氮掺杂，其在约0.5V的偏压下提供软击穿。在与热点的交界处，我们观察到准周期性的变化，作为偏置电压的函数的电阻，指出量子阱态的形成在中间的Fe连续的自由层。在平行和反平行磁配置和两个偏置极化的室温振荡已被观察到。本文提出了一个简单的双势垒磁结热斑隧穿模型来定性地解释这种效应。
2012-04-26 cond-mat.mes-hall
Zero field spin polarization in a 2D paramagnetic resonant tunneling diode
研究了量子阱层中含有稀磁杂质的全Ⅱ-Ⅵ族半导体共振隧穿二极管的I-V特性。束缚磁极化子态形成在势阱界面附近的波动，而隧穿电子穿越这些接口量子点。由此产生的微观磁序提升了共振隧穿态的简并性。虽然没有宏观磁化，但由于零场分裂，所产生的共振隧穿电流在零磁场下高度自旋极化。详细的模拟表明，在没有外部磁场的情况下，局部自旋极化效率超过90%。
2010-12-20 cond-mat.mes-hall
Electrical spin injection and accumulation in CoFe/MgO/Ge contacts at room temperature
我们首次报道了室温下CoFe/MgO/中等掺杂n-Ge接触中的全电自旋注入和探测，采用三端Hanle测量。在室温下观察到了约170 kΩ μm^2的相当大的自旋信号，使用单步隧穿模型的分析给出了Ge的自旋寿命约为120 ps，自旋扩散长度约为683 nm。所观察到的自旋信号显示出不对称的偏压和温度依赖性，这是强烈相关的隧穿过程的不对称性。
2011-08-16 cond-mat.mes-hall
I-V curves of Fe/MgO (001) single- and double-barrier tunnel junctions
本文用从头算方法计算了理想单势垒和双势垒Fe/MgO（001）磁性隧道结的电流-电压特性。利用最近开发的SMEAGOL程序，结合非平衡格林函数理论和密度泛函理论，计算了相位相干极限下的电流。在一般情况下，我们发现，双势垒结显示出更大的磁阻，这与偏置衰减的速度比他们的单势垒对应。这是解释在增强自旋过滤从中间铁层夹在两个MgO障碍。此外，对于双势垒隧道结，我们发现一个定义明确的峰值的磁阻在V=0.1 V的电压，这是共振隧穿跨越多数量子阱状态的签名。我们的研究结果进行了讨论，最近的实验。
2008-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Strain-enhanced tunneling magnetoresistance in MgO magnetic tunnel junctions
虽然晶格失配引起的应变、机械应变以及薄膜的本征应变的影响有时是有害的，导致机械变形和失效，但是应变也可以被有效地利用于诸如数据存储、晶体管、太阳能电池和应变仪等应用。在这里，我们表明，量子输运磁隧道结（MTJ）可以显着影响通过引入可控的机械应变，实现实验隧道磁阻（TMR）比的增强因子~2。我们进一步关联这种应变增强的TMR与通过MgO势垒的相干自旋隧穿。此外，应变增强TMR分析使用非平衡格林函数（NEGF）量子输运计算。我们的研究结果有助于在原子水平上阐明TMR机制，并可以提供一种新的方法来增强和调整纳米材料和器件的量子特性。
2014-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Estimation of Rectifying Performance for Terahertz Wave in Newly Designed Fe/ZnO/MgO/Fe Magnetic Tunnel Junction
我们制作了全外延Fe/ZnO/MgO/Fe磁性隧道结（MTJ），具有低结电阻面积积（几个$Ω$ $μ$ m $^2$），并进行了理论估计的平方低整流性能的太赫兹电磁波。室温下，在零偏压条件下，器件在1 THz处的有效电流响应度可达0.09A/W。该结果大约是在类似条件下进行的基于晶闸管的二极管实验中获得的最佳结果的一半。研究结果表明，这种磁隧道结系统作为太赫兹波的整流元件具有很大的潜力。
2020-01-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Asymmetric angular dependence of spin-transfer torques in CoFe/Mg-B-O/CoFe magnetic tunnel junctions
采用第一性原理非共线波函数匹配方法，研究了CoFe/Mg-B-O/CoFe（001）磁性隧道结（MTJ）中的自旋转移矩（STT），其中考虑了三种不同类型的B掺杂MgO，包括B原子取代Mg原子Mg（$_3$ BO $_4$）、B原子替代MgO中的O原子（Mg $_4$ BO $_3$）和B原子占据MgO中的间隙位置（Mg $_4$ BO $_4$）。在弹道CoFe/Mg $_3$ BO $_4$和基于CoFe/Mg $_4$ BO $_4$的MTJ中都可以获得很强的非对称角度依赖性的STT，而在基于CoFe/Mg $_4$ BO $_3$的结中观察到几乎对称的STT曲线。此外，B分布的无序性可以显著抑制STT角度依赖性的不对称性。CoFe/Mg-B-O/CoFe MTJ中STT的这种偏斜可以归因于B扩散到MgO间隔层中引起的界面共振态。研究表明，在MgO基自旋力矩振荡器（STO）中引入B原子可以有效地提高微波输出功率。
2016-01-30 cond-mat.mes-hall
Resonant electronic states and I-V curves of Fe/MgO/Fe(100) tunnel junctions
采用非平衡格林函数方法和密度泛函理论相结合的全自洽方法，对Fe/MgO/Fe隧道结的隧道磁电阻效应（TMR）与偏压的关系进行了理论研究.在小于20毫伏的电压下，I-V特性和TMR由通过少数自旋带中的窄界面态的共振输运主导。在平行配置中，这种贡献被与界面态的能量宽度相当的电压淬灭，而在反平行配置中，它在所有电压下都持续存在。在高偏压下，铁电极中的$Δ_1$带边的相对位置决定了铁电极的输运，从而导致TMR的降低。
2008-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin dynamics in MgO based magnetic tunnel junctions with dynamical exchange coupling
利用耦合的Landau-Lifshitz-Gilbert方程组研究了具有动态交换耦合的Fe |MgO| Fe隧道结中的自旋动力学。详细研究了自旋抽运对自旋动力学的影响。结果表明，自旋抽运可以稳定准反平行态而不是准平行态。更有趣的是，我们的工作表明，自旋泵扭矩可以有效地调制磁化，类似于热偏置驱动和电偏置驱动的自旋扭矩。
2018-07-20 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Tunneling diodes under environmental effects
我们研究了单分子隧穿二极管对热环境影响的鲁棒性。二极管包括三个片段：边界处的两个不同的共轭化学基团，以及其间的饱和部分，破坏共轭。在这种设置中，位于共轭基团上的分子电子能级独立地随着施加的偏压而移动。而在正向极性的共振条件得到满足，提高电导，在相反的方向分子电子状态转移远离彼此，导致在小的隧穿电流。在不存在与热环境（包括例如内部振动、溶剂）的相互作用的情况下，精馏比达到三个数量级。我们引入退相干和非弹性耗散效应唯象，通过使用“电压探针”的方法。我们发现，当$γ_d \lesssim v$，与$γ_d$的电子与环境的相互作用能和$v$的隧道能量通过饱和的链接，二极管仍然是非常有效的，虽然整流比减少了2-4倍的相干限制。为了进一步提高分子二极管的整流比，我们提出了一个精致的设计，涉及四个轨道，在每个共轭部分的一对紧密间隔的状态。
2015-09-10 cond-mat.mes-hall
The Aharonov-Bohm-Casher ring-dot as a flux-tunable resonant tunneling diode
在Aharonov-Bohm磁通的作用下，介观环受到Rashba自旋轨道相互作用，并与相互作用的量子点顺序耦合，构成磁通可调隧道二极管.用非平衡格林函数方法分析电导，发现当2U > πΓ时，在改变Aharonov-Bohm通量时，量子点具有内禀双稳态，U为量子点的充电能，Γ为量子点的有效共振宽度。的双稳态特性进行了讨论，与自旋开关效应和逻辑存储器件的应用。
2008-05-18 cond-mat.mes-hall
Impurity-limited quantum transport variability in magnetic tunnel junctions
我们报告了一个广泛的第一性原理研究杂质引起的自旋极化量子隧穿通过Fe/MgO/Fe磁性隧道结（MTJ）的器件到器件的可变性。特别地，我们计算了界面掺杂Fe/MgO/Fe MTJ的隧道磁电阻比（TMR）以及电流和自旋转移矩（STT）的平均值和方差。此外，我们预测N掺杂MgO可以改善掺杂Fe/MgO/Fe MTJ的性能。我们的开/关电流和STT波动的第一性原理计算为自旋电子器件的长期可靠性的未来预测提供了重要信息，这对于大批量生产至关重要。
2016-12-03 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Realization of a double barrier resonant tunneling diode for cavity polaritons
本文报道了利用一维腔体的横向图形化实现腔体极化激元的双势垒共振隧穿二极管。尖锐的传输共振时，证明发送到设备上的极化激元流。我们使用一个非共振的光束可以用来作为光闸和控制装置的传输。最后，我们的证据失真的传输配置文件时，去高密度制度，极化激元相互作用的签名。
2013-05-22 cond-mat.mes-hall
Low frequency noise due to magnetic inhomogeneities in submicron FeCoB/MgO/FeCoB magnetic tunnel junctions
我们报道了在0.0245和0.0675μm2之间的椭圆形亚微米FeCoB/MgO/FeCoB磁性隧道结中由于磁不均匀性/畴壁（MI/DWs）引起的室温低频噪声。在较小面积的结中，我们发现了一个意想不到的随机电报噪声（RTN 1），在平行状态下，可能是由于杂散场引起的硬层中的MI/DW。第二个噪声源（RTN 2）是在反平行状态下观察到的最大的结。RTN 2和相关电阻阶跃与电流的强烈不对称性表明，在电流密度低于5 × 10^5 A/cm 2时，自旋扭矩作用于软层中的MI/DW。
2012-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant oscillatory tunnel magnetoresistance in CoFe/MgO/CoFe(001) junctions
在磁性隧道结（MTJ）中观察到的隧道磁阻（TMR）效应通常用于许多自旋电子学应用中，因为该效应可以在宽范围的器件电阻内容易地从局部磁状态转换为电信号。在这项研究中，我们证明了TMR率高达631%，在室温（RT），这是两个或更多的倍，比目前使用的磁阻随机存取存储器（MRAM）设备，使用CoFe/MgO/CoFe（001）外延MTJ。在10 K时，TMR比增加到1143%，这对应于0.923的有效隧穿自旋极化。所观察到的大的TMR比导致微调的MTJ的原子尺度结构，如晶体取向和MgO界面氧化，其中著名的Delta 1相干隧穿机制的巨大TMR效应预计将是显着的。然而，标准相干隧穿理论未涵盖的行为出乎意料地显现出来;即，(i)在厚MgO势垒区的TMR饱和和（ii）增强的TMR振荡与0.32 nm的MgO厚度的周期。特别是，TMR振荡行为占主导地位的运输在很宽的范围内的MgO厚度的峰谷差的TMR振荡超过140%，在RT，归因于大的振荡组件的外观在电阻面积积（RA）。此外，我们发现，即使在+-1 V偏置电压应用下，TMR比和RA的振荡行为仍然存在，这表明振荡的鲁棒性。我们对巨大的RT-TMR比的演示将是建立自旋电子体系结构（如大容量MRAM和自旋电子人工神经网络）的重要一步。更重要的是，目前的观察结果可以触发我们重新审视晶体MTJ中真正的TMR机制。
2022-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exchange bias effect in martensitic epitaxial Ni-Mn-Sn thin films applied to pin CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions
交换偏置效应常用于移动铁磁体的矫顽场。这种技术对于将磁性隧道结用作逻辑或存储器件至关重要。因此，两个铁磁电极的独立切换对于保证可靠的读出是必要的。在这里，我们证明了Ni-Mn-Sn的本征交换偏置效应可以用于将单向各向异性应用于磁性隧道结。为此，我们使用外延Ni-Mn-Sn薄膜作为钉扎层，用于微制造CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结。我们比较了磁场冷却后在$-10$ 1，kOe外场中通过磁化测量得到的交换偏置场（$H_{\text{EB}}$）与通过隧道磁阻测量得到的$H_{\text{EB}}$。两种方法的结果一致，我们发现在10 K时交换偏置约为$H_{\text{EB}}=130$，Oe，它随温度的升高而降低，在70 K以上消失.
2015-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant perpendicular magnetic anisotropy enhancement in MgO-based magnetic tunnel junction by using Co/Fe composite layer
具有垂直各向异性的磁性隧道结形成自旋转移矩磁性随机存取存储器（STT-MRAM）的基础，STT-MRAM是非易失性的、快速的、密集的，并且具有准无限写入耐久性和低功耗。基于密度泛函理论（DFT）计算，我们提出了一种磁性隧道结的替代设计，其包括具有大大增强的垂直磁各向异性（PMA）的Fe（n）Co（m）Fe（n）/MgO存储层，高达几mJ/m2，利用Fe/MgO的界面垂直各向异性以及应力-在bcc Co中发现了诱导的体PMA。当增加膜厚时，这种巨大的增强支配着退磁能。从Julliere模型估计的隧道磁电阻（TMR）是可比的纯Fe/MgO的情况。我们讨论的优点和缺陷的实际制造的结构，并提出了Fe（3 ML）Co（4 ML）Fe（3 ML）作为存储层的MgO基STT-MRAM单元。应变bcc Co中的大PMA被解释在布鲁诺模型的框架中由MgO施加的应变和随之而来的dyz和dz 2少数自旋带的能量变化。
2020-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electric-field-induced strain-mediated magnetoelectric effect in CoFeB-MgO magnetic tunnel junctions
磁偶极子和电偶极子之间的磁电耦合是现代物理学发展最节能的磁数据存储的基石之一。传统上，磁电耦合是在单相多铁性或磁电复合纳米结构组成的铁磁和铁电/压电材料。本文利用动态磁电和压电响应力显微测量技术，研究了非压电材料的CoFeB/MgO磁性隧道结中的电场诱导应变介导磁电效应。研究表明，外加电场在介电MgO的几个原子层中引起应变，应变被转移到磁致伸缩CoFeB层，导致在-0.5 V下的幅度高达80.8 V cm-1 Oe-1的磁电效应。在磁性隧道结中利用电场介导的磁电效应是朝向探索磁电控制的自旋电子器件的重要一步，低功率和高密度磁数据存储应用。
2013-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Half-Metallic Fe/MgO Superlattice: An Ideal Candidate for Magnetic Tunnel Junction Electrodes
本研究通过理论计算证明，将Fe/MgO多层膜插入磁隧道结电极可同时实现低磁化、高垂直各向异性和高隧道磁阻，其半金属性导致极高的TMR。
2025-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Strength of the symmetry spin filtering effect in magnetic tunnel junctions
研究了Fe/MgO/Fe磁性隧道结（MTJ）的对称性自旋过滤效应（由该效应引起的隧穿磁阻（TMR）在大势垒厚度下的渐近行为定义）的强度。通过对体相Fe的能带结构和MgO的复合能带结构的分析，我们预测了Fe/MgO/Fe MTJ中TMR随MgO层数增加而线性增加的对称自旋过滤效应\emph{native}，即$N$。\emph{Ab initio}计算的Fe/MgO/Fe MTJ的传输函数证实了我们的理论预测的强度的对称自旋过滤效应在宽范围的能量和$N$。计算还表明，Fe/MgO界面上的对称自旋过滤效应和少数自旋通道中较小的表面传输函数的\emph{combination}是导致$N \geqslant 8$中Fe/MgO/Fe MTJ的大$TMR>10,000\%$的原因.所提出的对源自块体电极材料的能带结构的对称滤波效应的强度的分析可以用作在需要高TMR的新兴技术的背景下快速材料发现搜索合适电极的工具。
2015-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bias voltage effects on tunneling magnetoresistance in Fe/MgAl${}_2$O${}_4$/Fe(001) junctions: Comparative study with Fe/MgO/Fe(001) junctions
研究了偏压对Fe/MgAl ${}_2$ O ${}_4$ /Fe（001）磁隧道结自旋相关输运性质的影响，并与Fe/MgO/Fe（001）磁隧道结进行了比较.利用非平衡格林函数方法和密度泛函理论计算了两种MTJ的磁电阻比随偏压的变化关系。我们发现，在这两种MTJ，MR比随着偏置电压的增加而减小，并最终在临界偏置电压$V_{\rm c}$处消失。我们还发现，MgAl ${}_2$ O ${}_4$基MTJ的临界偏置电压$V_{\rm c}$明显大于MgO基MTJ的临界偏置电压。由于Fe/MgAl ${}_2$ O ${}_4$ /Fe（001）超晶胞的面内晶格常数是Fe/MgO/Fe（001）超晶胞的面内晶格常数的两倍，因此MgAl ${}_2$ O ${}_4$基MTJ中的Fe电极具有与通过在面内波矢量的布里渊区中折叠MgO基MTJ的Fe能带结构而获得的能带结构相同的能带结构。我们表明，这种差异在Fe能带结构的起源之间的MgAl ${}_2$ O ${}_4$和MgO为基础的MTJ的临界偏置电压$V_{\rm c}$的差异。
2017-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cryogenic-temperature Grain-to-grain Epitaxial Growth of High-quality Ultrathin CoFe Layer on MgO Tunnel Barrier for High-performance Magnetic Tunnel Junctions
本研究利用100 K低温溅射在300 mm晶圆上实现CoFe超薄层在MgO势垒上的晶粒间外延生长，获得低至0.008的磁阻尼和低于10^-6的写入错误率，为VC-MRAM等高性能自旋电子器件的大规模制造奠定基础。
2025-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
