Control of defect-mediated tunneling barrier heights in ultrathin MgO films
利用光学吸收光谱和导电原子力显微镜研究了氧空位对射频溅射MgO薄膜局域隧穿特性的影响。在MgO生长期间将O $_2$添加到Ar等离子体中改变了氧缺陷群体，从而导致改善的局部隧穿特性，诸如较低的电流热点密度和较低的隧穿电流幅度。我们讨论了一个基于缺陷的潜在景观跨MgO的障碍。
2010-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Effect of high annealing temperature on giant tunnel magnetoresistance ratio of CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions
报道了在450 ℃退火的赝自旋阀（SV）CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结（MTJ）的隧道磁电阻（TMR）比，室温下高达472%，5 K时高达804%，接近理论预测值。相比之下，交换偏置（EB）SV MTJ与MnIr反铁磁层的TMR比被发现下降时，他们在450 ℃退火。能量色散X射线分析表明，在450 ℃退火诱导的Mn和Ru原子的相互扩散到MgO的障碍和EB-SV MTJ的铁磁层。不同的退火行为背后的机制进行了讨论。
2006-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Exceeding 400% tunnel magnetoresistance at room temperature in epitaxial Fe/MgO/Fe(001) spin-valve-type magnetic tunnel junctions
通过调整各层的生长条件，结合溅射沉积Fe层，电子束蒸发MgO势垒和势垒界面调整，在外延Fe/MgO/Fe（001）交换偏置自旋阀磁性隧道结（MTJ）中展示了室温（RT）下417%和3 K下914%的巨隧道磁电阻（TMR）比。当这些层生长在高度（001）取向的Cr缓冲层上时，观察到作为MgO厚度的函数的具有约80%的大的峰谷差的清楚的TMR振荡。在|V| = 0.2~0.5 V时，在dI/dV（平行结构）中观察到了对称微分电导（dI/dV）谱。在3 K时，在dI/dV（平行结构）中出现了具有两个凹陷的精细结构，反映了Fe/MgO/Fe的高度相干隧穿。我们还观察到一个496%的TMR比在RT由2.24 nm厚的CoFe插入在底部的Fe/MgO界面。
2020-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Dependence of tunnel magnetoresistance on ferromagnetic electrode materials in MgO-barrier magnetic tunnel junctions
研究了MgO势垒磁性隧道结（MTJ）中隧道磁电阻（TMR）比与电极结构的关系。具有Co 40 Fe 40 B20参考层和自由层的MTJ中的TMR比率在Ta=400摄氏度的沉积后退火温度下达到355%。当Co 50 Fe 50或Co 90 Fe 10用于参考层材料时，没有观察到高TMR比。具有高TMR比的关键是具有高度取向的（001）MgO阻挡层/CoFeB晶体电极。到目前为止，在伪自旋阀MTJ中，在Ta = 450 ℃时获得的最高TMR比为450%。
2006-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Large inverse tunneling magnetoresistance in Co$_2$Cr$_{0.6}$Fe$_{0.4}$Al/MgO/CoFe magnetic tunnel junctions
采用磁控溅射法在室温下制备了$_2$-Cr-$_{0.6}$-Fe-$_{0.4}$-Al/MgO/CoFe磁性隧道结。样品在室温下表现出高达-66%，20 K时最大值为-84%，反映了温度的影响很小。对电压降的依赖性显示出不寻常的行为，在$\pm600$ mV处具有两个几乎对称的峰，具有大的反TMR比和零偏置附近的小正值。
2006-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Tunnel magnetoresistance of Fe3O4/MgO/Fe nanostructures
本文研究了具有（001）层取向的Fe_3 O_4/MgO/Fe磁性隧道结。分析了在不同磁场作用下，层间磁化矢量夹角对结磁能的影响。隧道磁阻计算作为外部磁场的函数。与具有单向各向异性的结相比，结切换需要显著较低的磁场。
2010-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Band structure of the epitaxial Fe/MgO/GaAs(001) tunnel junction studied by X-ray and ultraviolet photoelectron spectroscopy
用X射线和紫外光电子能谱学研究了外延Fe/MgO/GaAs（001）隧道结的电子能带结构。Fe在MgO/GaAs异质结上的肖特基势垒高度（SBH）为3.3 ± 0.1eV，使Fe的费米能级高于GaAs的价带最大值0.3eV。该SBH也与从Fe在MgO单晶上测量的SBH完全相同。在MgO和GaAs底层中，Fe沉积后没有观察到能带弯曲的变化。相反，Au和Al沉积导致MgO和GaAs层中的能带弯曲的明显变化。这种效应被分析为在MgO/GaAs界面的缺陷状态的指纹。
2020-04-07 cond-mat.mtrl-sci
IrCrMnZ (Z=Al, Ga, Si, Ge) Heusler alloys as electrode materials for MgO-based magnetic tunneling junctions: A first-principles study
从IrCrMnZ（Z=Al，Ga，Si，Ge）系统作为MgO基MTJ电极材料的应用角度出发，采用第一性原理计算对其进行了研究。这些材料具有部分占据$Δ_1$带的高自旋极化传导电子，这对于平行磁化配置中的相干隧穿是重要的。IrCrMnAl和IrCrMnGa的居里温度很高（1300 K以上），从平均场近似预测。研究了有序相对各种反位无序的稳定性。本文讨论了自旋轨道耦合对费米能级附近电子结构的影响。进一步研究了IrCrMnZ/MgO异质结沿（001）方向的电子结构。IrCrMnAl/MgO和IrCrMnGa/MgO即使在MgO界面处也保持半金属性，在少数自旋通道中的费米能级处或附近没有界面态。通过对平行磁化结构的弹道自旋输运性质的计算，报道了IrCrMnAl/MgO/IrCrMnAl和IrCrMnGa/MgO/IrCrMnGa的大多数自旋电导。我们建议IrCrMnAl/MgO/IrCrMnAl和IrCrMnGa/MgO/IrCrMnGa作为有前途的MTJ的隧穿磁电阻比的温度依赖性较弱，由于其非常高的居里温度。
2021-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Current induced resistance change of magnetic tunnel junctions with ultra-thin MgO tunnel barriers
制备了具有低阻MgO隧道势垒的超薄磁性隧道结，研究了其在大电流应力下的稳定性。该器件显示出高达110%的磁阻比和低至4.4欧姆微米平方的面积电阻积。如果施加大电流，则观察到可逆的电阻变化，这可以归因于应力期间的两个不同过程和之后的一个弛豫过程。在这里，我们分析了电阻的时间依赖性，并使用一个简单的模型来解释所观察到的行为。为了量化所涉及的现象的时间尺度，对数据的数值拟合进一步支持了这一解释。
2008-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Direct imaging of the structural change generated by dielectric breakdown in MgO based magnetic tunnel junctions
制备了MgO基磁性隧道结，研究了隧道势垒的介电击穿。击穿直接可视化的透射电子显微镜测量。断裂的隧道结制备的显微镜测量通过聚焦离子束出的结，其特征在于通过输运研究。因此，一个完整的和破碎的交界处的运输行为和结构的直接比较。与氧化铝基结的早期发现相比，MgO势垒在击穿后显示出更多的微观针孔。这可以用一个简单的模型来解释，该模型假设击穿时的电流密度与针孔形成速率之间的关系。
2008-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Thermal spin-transfer in Fe-MgO-Fe tunnel junctions
采用第一性原理波函数匹配方法计算了Fe-MgO-Fe隧道结的热自旋转移矩。在室温下，具有3个MgO单层的结中的TST为10^-7 J/m^2/K，据估计，当势垒的温差超过10 K时，这将导致磁化反转。大的TST可以用界面态通过势垒的多次散射来解释。TST的角度依赖性可能非常偏斜，可能导致热致高频产生。
2011-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Investigation on Mn$_{3-δ}$Ga/MgO interface for magnetic tunneling junctions
Mn $_3$ Ga Heusler化合物及其合金是实现磁隧道结自旋转移矩开关最有前途的材料。通过这些多层结构化器件中的高质量界面可以实现改进的性能。在这种情况下，Mn $_{1.63}$ Ga和MgO之间的界面由于其在隧道结中的自旋极化性质而特别令人感兴趣。我们用硬X射线光电子能谱学（HAXPES）对MgO/Mn $_{1.63}$ Ga结进行了化学表征。实验表明，在界面处的Ga-O键的形成，并证明在MgO膜附近的Mn原子的局部环境的变化。此外，我们表明，插入的金属镁层界面的MgO和锰-镓膜强烈抑制镓的氧化。
2014-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Electric breakdown in ultra-thin MgO tunnel barrier junctions for spin-transfer torque switching
制备了用于自旋转移矩开关的磁性隧道结，研究了其介电击穿特性。击穿通常发生在比开关电压高不了多少的电压下，这是实现自旋转移矩磁性随机存取存储器的瓶颈。完整和破碎的隧道结的特点是通过传输测量，然后准备通过聚焦离子束的透射电子显微镜和能量色散X射线光谱。与我们以前的模型的电击穿较厚的MgO隧道势垒的比较，揭示了显着的差异所产生的高电流密度。
2009-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Large magnetoresistance in bcc Co/MgO/Co and FeCo/MgO/FeCo tunneling junctions
通过第一性原理电子结构计算，我们预测bcc Co（100）/MgO（100）/bcc Co（100）和FeCo（100）/MgO（100）/FeCo（100）隧道结的磁电阻可以比Fe（100）/MgO（100）/Fe（100）系统预测的非常大的磁电阻大几倍。这种大的磁阻的起源可以理解使用简单的物理参数，通过考虑垂直于界面的费米能量的电子。对于少数自旋，不存在具有$Δ_1$对称性的状态，而对于多数自旋，仅存在$Δ_1$状态。$Δ_1$态的衰减比MgO势垒内的其它态慢得多。在不存在打破平行于界面的动量守恒的散射的情况下，如果电极的力矩是反平行的，则垂直于界面行进的电子经历全反射。这些论点同样适用于具有其他有序隧道势垒的系统，对于这些系统，势垒中衰减最慢的复能带具有$Δ_1$对称性。实例包括具有由Fe、bcc Co或bcc FeCo电极和Ge、GaAs或ZnSe势垒构成的（100）层的系统。
2004-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of thermovoltage and tunnel magneto-Seebeck effect in CoFeB based magnetic tunnel junctions by variation of the MgAl$_2$O$_4$ and MgO barrier thickness
研究了Co $_{40}$ Fe $_{40}$ B $_{20}$基磁性隧道结的势垒厚度对激光诱导隧道磁Seebeck效应的影响。当势垒厚度从1nm到3nm变化时，我们发现在2.6nm势垒厚度时，隧道磁塞贝克效应有一个明显的最大值。对于两种阻挡材料，即MgAl $_2$ O $_4$和MgO，独立地测量该最大值。此外，当用150 mW的最大激光功率加热时，具有MgAl $_2$ O $_4$阻挡层的样品表现出大于350 $μ$ V的高热电压，而具有MgO阻挡层的MTJ的热电压为90 $μ$ V。我们的研究结果允许制造改进的堆栈时，处理跨磁隧道结的温度差，为未来的应用在自旋热电子学，新兴的研究领域，结合自旋电子学和热电。
2017-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Influence of chemical and magnetic interface properties of Co-Fe-B / MgO / Co-Fe-B tunnel junctions on the annealing temperature dependence of the magnetoresistance
Co-Fe-B / MgO / Co-Fe-B磁性隧道结的隧道磁电阻随退火温度的增加而增加，从200 ℃退火后的20%增加到350 ℃退火后的最大值112%。虽然良好定义的最近邻有序指示MgO势垒的结晶度不改变退火，少量的界面Fe-O在较低的Co-Fe-B / MgO界面中被发现在生长的样品中，这是完全减少后，在275 ℃退火。这伴随着Fe磁矩和隧道磁阻的同时增加。然而，MgO基结的TMR随着退火温度的升高而进一步增加，这不是由Fe-O还原引起的。在350 ℃退火后，在Fe和Co L-边缘上方出现X射线吸收近边缘结构，表明Co-Fe-B电极发生了再结晶。这是相干隧穿的先决条件，并已被认为是负责的TMR高于275 ℃的进一步增加。同时，Co-Fe-B中的B浓度随着退火温度的升高而降低，至少一些B朝向MgO阻挡层扩散或扩散到MgO阻挡层中并形成B2 O3氧化物。
2007-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of spin-pumping by a MgO tunnel-barrier
自旋抽运在铁磁体（F）/正常金属（N）界面处的正常金属中产生纯自旋电流。自旋泵浦的效率由自旋混合电导给出，自旋混合电导取决于N和F/N界面。我们直接研究了自旋泵通过MgO隧道势垒使用反自旋霍尔效应，它耦合自旋和电荷电流，并提供了一个直接的电子检测自旋电流在正常的金属。我们发现，自旋泵被抑制的隧道势垒，这是相反的，最近的研究表明，自旋混合电导可以通过在界面处插入隧道势垒增强。
2009-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of laser induced and intrinsic tunnel magneto-Seebeck effect in CoFeB/MgAl$_2$O$_4$ and CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions
比较了激光诱导加热和本征加热的隧道磁塞贝克效应。因此，制备了Co $_{40}$ Fe $_{40}$ B $_{20}$ /MgAl $_2$ O $_4$和Co $_{25}$ Fe $_{55}$ B $_{20}$ /MgO磁性隧道结。在MAOMTJ的情况下，TMS比率为3%与对于其它势垒材料所发现的比率一致，而MgOMTJ的TMS比率为23%强调了CoFe成分的影响。我们发现使用的内在的方法，不同的符号和幅度相比，激光加热的结果的结果。本征的贡献，也可以解释由Brinkman模型和给定的结属性。特别是，我们能够证明，对称的贡献是唯一的势垒不对称性的影响。因此，我们得出结论，对称性分析用于本征方法是不适合明确地确定一个内在的隧道磁塞贝克效应。
2016-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Sign change in the tunnel magnetoresistance of Fe3O4/MgO/Co-Fe-B magnetic tunnel junctions depending on the annealing temperature and the interface treatment
磁铁矿（Fe 3 O 4）是磁性隧道结（MTJ）的合格候选者，因为它在费米能级处显示出高自旋极化以及585°C的高居里温度。本研究制备了Fe_3O_4/MgO/Co-Fe-B MTJ。在200°C和280°C之间的温度下退火MTJ之后，观察到TMR的符号变化。我们的研究结果表明，镁相互扩散从MgO势垒到Fe 3 O 4的TMR的变化的原因。此外，已经研究了在MTJ的制备期间对磁铁矿界面的不同处理（氩气轰击、在200°C下在氧气气氛中退火）对MTJ的性能的影响。使用氩气轰击和在氧气气氛中退火两者可以观察到高达~ 12%的最大TMR，尽管在MgO阻挡层的沉积之前将磁铁矿表面暴露于大气条件。
2015-04-10 cond-mat.mtrl-sci
MgO barrier-perpendicular magnetic tunnel junctions with CoFe/Pd multilayers and ferromagnetic insertion layers
研究了在CoFe/Pd多层电极的MgO势垒磁性隧道结（MTJ）中插入铁磁层（Co20 Fe 60 B20或Fe）对隧道磁电阻（TMR）特性的影响。退火温度为200 ℃时，CoFeB/MgO/Fe叠层MTJ的TMR率达到67%，当退火温度超过250 ℃时，TMR率迅速下降。TMR比的降低可能与B扩散到Pd层中导致CoFe（B）晶化为fcc（111）或bcc（011）织构有关。在沉积底部CoFe/Pd多层膜后在350 ℃下原位退火的MTJ在Ta =200 ℃下退火后显示出78%的TMR比率。
2009-10-22 cond-mat.mtrl-sci
CoFeB Thickness Dependence of Thermal Stability Factor in CoFeB/MgO Perpendicular Magnetic Tunnel Junctions
研究了垂直各向异性CoFeB/MgO磁性隧道结（p-MTJ）中记录层的热稳定性因子（delta），并研究了不同CoFeB记录层厚度和结尺寸对记录层热稳定性的影响。在具有不同厚度的所有系列的p-MTJ中，Δ几乎与直径为48-81 nm的结尺寸无关。δ的值随着记录层厚度的增加而线性增加。线性拟合的斜率很好地解释了基于成核型磁化反转的模型。
2012-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring tunnel magnetoresistance by ultrathin Cr and Co interlayers: A first-principles investigation of Fe/MgO/Fe junctions
本文系统地研究了Fe（001）/MgO/Fe（001）磁性隧道结中Co和Cr中间层的电子结构和输运性质随中间层厚度的变化。自旋相关的弹道输运计算的结果显示选项，具体操纵隧道磁阻比。电阻面积积和隧道磁电阻比随Cr厚度的变化呈现单调的趋势，并有明显的振荡。这些调制直接解决和解释的Cr膜中的磁结构和复杂的能带结构的影响。嵌入式Co夹层的特性是相当大的影响，由本地电子结构分析的界面共振。
2010-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Dependence of Giant Tunnel Magnetoresistance of Sputtered CoFeB/MgO/CoFeB Magnetic Tunnel Junctions on MgO Barrier Thickness and Annealing Temperatur
研究了溅射沉积在SiO2/Si基片上的CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结的巨隧道磁电阻（TMR）与MgO势垒厚度和退火温度的关系。电阻面积积随MgO厚度呈指数增加，表明MgO屏障的质量在1.15-2.4 nm的研究厚度范围内是高的。高分辨率的透射电子显微镜图像显示，在375 ℃下退火的结果在晶体CoFeB/MgO/CoFeB结构的形成，即使CoFeB电极是非晶的溅射状态。随着退火温度的升高，TMR值逐渐增大，室温时TMR值为260%，5 K时TMR值为403%。
2005-04-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Fe/MgO/Fe (100) textured tunnel junctions exhibiting spin polarization features of single crystal junctions
比较了（100）织构和（100）外延Fe/MgO/Fe磁性隧道结的晶体学和自旋极化输运性质。强的相似性的传输特性表明，在25 nm晶粒尺度的纹理结的结构相干性和磁质量是足够的发出签名的自旋极化传输特定于一个单晶结。这表明布洛赫隧穿波函数的横向相干性在两个系统中受到相同的限制。我们的分析导致模型的纹理隧道结作为并列的纳米尺寸的单晶结，平行放置。
2012-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Frequency converter based on nanoscale MgO magnetic tunnel junctions
我们观察到直流电压整流和频率转换时发生的参考微波电流注入到基于MgO的磁性隧道结（MTJ）。当输入微波电流的频率与有源层的磁化的谐振频率一致时，观察到自旋转移矩相关的整流。此外，我们证明了频率转换是参考信号和MTJ的电阻之间的幅度调制的结果，MTJ的电阻在有源层的磁化的谐振频率处波动。
2009-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Flexible MgO barrier magnetic tunnel junctions
柔性电子器件需要将多个关键部件集成在柔性基板上以实现其功能。特别地，存储器设备是柔性电子设备中用于数据存储和处理的基本组件。在这里，我们提出了灵活的MgO势垒磁性隧道结（MTJ）器件制造使用转印工艺，表现出可靠和稳定的操作下的设备基板的大幅变形。此外，柔性MTJ器件产生约300%的显著增强的隧穿磁阻（TMR）和改进的切换灵敏度，因为在转移过程期间释放了由制造过程引起的MTJ结构中的残余应变。这种方法对于需要高性能存储器组件的广泛的柔性电子系统可能是有用的。
2016-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Taming the resistive switching in Fe/MgO/V/Fe magnetic tunnel junctions: An ab initio study
提出了一种可能的机制，实验观察到的电阻开关在Fe/MgO/V/Fe结。在局域密度近似和赝势理论下的从头算总能量计算表明，通过使氧离子穿过MgO/V界面，可以获得亚稳态。有人认为，这种状态可以通过在界面上施加电场来达到。此外，基态和亚稳态表现出不同的电导。后者的结果进行了讨论，在费米能级的态密度的变化和界面处的电荷转移，由于氧离子的运动。
2014-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Electrical spin injection in p-type Si using Fe/MgO contacts
我们报道了在室温下用外延MgO（001）隧道势垒和Fe（001）电极在p型Si中成功地电产生自旋极化。反射高能电子衍射观察表明，外延Fe/MgO（001）隧道接触可以生长在（2 × 1）重建的Si表面上，而隧道接触生长在（1 × 1）Si表面上的多晶。透射电子显微镜图像显示出更平坦的界面相比，多晶结构的外延Fe/MgO/Si。对于Fe/MgO/p-Si器件，在300 K时，采用三端结构，观察到了Hanle效应和反转Hanle效应，证明了Si在室温下可以诱导自旋极化.对于具有多晶和外延MgO隧道接触的样品，从Hanle曲线的宽度推导出的有效自旋寿命分别为95 +/-6ps和143 +/- 10 ps。观察到的差异可以定性地解释为局部磁场引起的较大粗糙度的界面的多晶样品。具有外延Fe/MgO隧道接触的样品显示出更高的自旋积累幅度，相对于偏置极性具有几乎对称的行为，而多晶MgO样品则表现出相当不对称的演变。这可能归因于外延Fe/MgO（001）隧道接触的更高程度的自旋极化，其充当自旋过滤器。我们的实验结果表明，外延MgO势垒有利于在Si中产生自旋。
2012-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Torque Diode Measurements of MgO-Based Magnetic Tunnel Junctions with Asymmetric Electrodes
本文详细研究了CoFeB/MgO/CoFe/NiFe磁性隧道结中的自旋力矩二极管效应。从不同角度的磁场的共振频率的演变，我们清楚地确定了自由层模式，并找到一个很好的协议，考虑到几个条款的磁各向异性模拟。此外，我们证明了在我们的结与非对称电极的面内扭矩相比，面外扭矩的贡献很大。因此，我们提供了一种方法来提高这些器件的灵敏度，用于检测微波频率。
2011-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Tunneling magnetoresistance in trilayer structures composed of group-IV ferromagnetic semiconductor Ge1-xFex, MgO, and Fe
IV族铁磁半导体Ge_（1-x）Fe_x（GeFe）是Si和Ge的高效自旋注入器和探测器的最有前途的材料之一。最近的第一性原理计算（Sakamoto等人，参考文献9）提出，费米能级位于GeFe带隙中形成的两个重叠的大自旋极化带中：自旋向下的d（e）带和自旋向上的p-d（t2）带。因此，重要的是要澄清这些带如何有助于自旋注入和检测。在这项研究中，我们展示了第一次成功观察到的隧道磁阻（TMR）的磁性隧道结（MTJ）中含有第IV族铁磁半导体，即，在MTJ外延生长的Fe/MgO/Ge0.935Fe0.065组成。我们发现GeFe中的p-d（t2）带主要负责隧穿输运。虽然所获得的TMR比率小（0.3%），但是通过抑制经由在MgO中观察到的非晶状晶畴的漏电流，预期TMR比率提高。
2016-07-28 cond-mat.mtrl-sci
First principles modeling of tunnel magnetoresistance of Fe/MgO/Fe trilayers
采用密度泛函理论，在Keldysh非平衡格林泛函理论框架下，计算了Fe/MgO/Fe三层结构的非线性和非平衡量子输运性质随外加偏压的变化.对于弛豫良好的原子结构的三层，平衡隧道磁电阻比（TMR）被发现是非常大的，也相当稳定，对小的变化，原子结构。作为外部偏置电压的函数，TMR单调降低到零，电压范围约为1V，与实验观察一致。我们目前的非平衡输运性质的理解，通过调查的微观细节的散射态和布洛赫带的铁铅。
2006-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Current-driven magnetization switching in CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions
报道了低阻Co 40 Fe 40 B20/MgO/Co 40 Fe 40 B20磁性隧道结（MTJ）中电流驱动的磁化反转。在270 ℃和300 ℃退火的样品中，电流驱动开关所需的临界电流密度Jc分别低至7.8 x 10^5 A/cm ^2和8.8 x 10^5 A/cm ^2，相应的隧道磁阻（TMR）比分别为49%和73%。在350 ℃下进一步退火，样品的TMR比增加到160%，同时伴随的Jc增加到2.5 x 10^6 A/cm ^2。我们将低Jc归因于隧道电流的高自旋极化和CoFeB单个自由层的小MsV产物，其中Ms是饱和磁化强度，V是自由层的体积。
2005-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Electrical spin injection into InGaAs/GaAs quantum wells: a comparison between MgO tunnel barriers grown by sputtering and molecular beam epitaxy methods
利用CoFeB/MgO自旋注入器实现了InGaAs/GaAs量子阱发光二极管的有效自旋注入。织构MgO隧道势垒层的制备采用溅射和分子束外延两种不同的工艺。两种方法的最大自旋注入效率相当。此外，退火的效果也研究了这两种类型的样品。两种样品显示出相同的趋势：随着退火温度的升高，电致发光圆偏振（Pc）增加，随后超过350°C退火，Pc饱和。由于Pc的增加开始低于整个CoFeB块体层的结晶温度，这种趋势可能主要是由于在顶部CoFeB/MgO界面的化学结构的改善。研究表明，CoFeB/MgO界面的控制对半导体的最佳自旋注入至关重要。
2020-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Structural relaxation effects on interface and transport properties of Fe/MgO(001) tunnel junctions
用密度泛函理论（DFT）计算了Fe/MgO（100）磁性隧道结的界面结构，结果表明界面结构与交换和关联泛函的选择密切相关。Bader分析表明，通过放松与本地自旋密度近似（LSDA）的细胞所获得的结构显示出不同的电荷转移比那些放松与广义梯度近似（GGA）。因此，电子输运被发现是非常敏感的界面结构。特别是，LSDA松弛几何形状的电导比GGA松弛几何形状的电导小约一个数量级。电子电流对界面细节的高度敏感性可能解释了磁阻的实验值和计算值之间的差异。
2008-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Tunneling Magnetoresistance and Spin-Dependent Diode Performance in Fully Epitaxial Magnetic Tunnel Junctions with Rock-salt Type ZnO/MgO
我们制备了具有双层隧道势垒的完全外延Fe/ZnO/MgO/Fe磁性隧道结（MTJ），其中ZnO具有亚稳态岩盐晶体结构。我们观察到一个高的磁阻比高达96%，在室温下（RT），并发现这些MTJ具有不对称的电流-电压特性，其整流性能在很大程度上取决于铁电极的磁化取向。二极管的责任在零偏置电压（$β_{0}$），这是一个重要的性能指标收获应用，观察到高达1.3 A/W在RT的反平行排列的磁化，同时保持相当低的电阻面积（RA）的产品（几十k ${Ωμ}$ m $^2$）。即使具有相同的顶部和底部电极（Fe），所获得的$β_{0}$值也与由具有多晶相异电极的非晶双层隧道势垒组成的所报道的高性能隧道二极管的值相当。这强烈地表明，外延ZnO/MgO双层隧道势垒是有效的增强$β_{0}$，而没有显着增加的RA。此外，我们证明了零偏置异常的隧道电导，这源于磁振子激发在Fe/势垒界面，起着至关重要的作用，在观察到的自旋相关二极管的性能。结果表明，具有双层隧道势垒的全外延MTJ是建立高性能高频整流系统的有希望的候选者。
2019-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Auto-oscillation threshold, narrow spectral lines, and line jitter in spin-torque oscillators based on MgO magnetic tunnel junctions
我们证明了在MgO基磁性隧道结中自旋力矩引起的自振荡。在产生阈值，我们观察到一个强大的线缩小到6 MHz，在300 K和振荡器功率的显着增加，产生光谱纯振荡闪烁噪声。将合成反铁磁体设置为自振荡需要与切换自由层磁化所需的电流极性相同的电流极性。即使在零外加磁场下也能观察到诱导的自振荡，这被认为是合成反铁磁体的声学模式。虽然自振荡的相位相干性是微秒的量级，但是功率自相关时间是毫秒的量级，并且可以受到自由层动态的强烈影响。
2008-10-06 cond-mat.mtrl-sci
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
Spin-current mediated exchange coupling in MgO-based magnetic tunnel junctions
异质结构是由铁磁层组成的，这些铁磁层通过磁隔离层相互作用，是磁传感器和存储器器件的核心。在本研究中，层分辨铁磁共振被用来研究Co/MgO/坡莫合金磁性隧道结的磁性层之间的耦合。两个磁共振峰，观察到两个磁性层，在Co和Ni L3的X-射线吸收边探测，显示出强的层间相互作用，通过绝缘MgO屏障。基于Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程建立了一个理论模型，考虑了磁性层之间的交换耦合和自旋抽运。拟合的实验数据进行了，无论有和没有一个自旋泵项，并使用似然比检验的拟合优度进行了比较。这种严格的统计方法提供了一个明确的证明存在的层间耦合介导的自旋泵。
2021-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Current-induced magnetization switching in MgO barrier based magnetic tunnel junctions with CoFeB/Ru/CoFeB synthetic ferrimagnetic free layer
本文报道了MgO基磁性隧道结中Co 40 Fe 40 B20（2nm）/Ru（0.7-2.4nm）/Co 40 Fe 40 B20（2nm）合成亚铁磁（SyF）自由层的电流感生磁化翻转的本征临界电流密度（Jc 0）和热稳定性因子（E/kBT，其中E、kB和T分别为势能、玻耳兹曼常量和温度）。我们表明，Jc 0和E/kBT可以通过分析的平均临界电流密度作为一个函数的结晶度使用Slonczewski的模型，考虑到热波动。我们发现，高反铁磁耦合的两个CoFeB层之间的SyF自由层的结果在降低Jc 0不降低高E/kBT。
2006-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Spin polarized tunneling in MgO-based tunnel junctions with superconducting electrodes
我们用一个铁磁电极和一个超导Al-Si电极制备了磁性隧道结。将纯钴电极与Co-Fe-B合金和Heusler化合物Co2 FeAl进行了比较。隧穿电子的极化确定使用的Maki-Fulde模型，并讨论了随着自旋轨道散射和总的成对破坏参数。在不同温度下对这些结进行退火，研究了Co-Fe-B/ MgO/ Co-Fe-B结巨隧穿磁电阻比的对称滤波机制。
2011-12-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Measurement of nonlinear frequency shift coefficient in spin-torque oscillators based on MgO tunnel junctions
通过分析功率谱的电流依赖性，测量了MgO基自旋力矩振荡器的非线性频移系数，该频移系数代表了振荡器的振幅涨落到相位涨落的转换强度.我们已经观察到，线宽对反归一化功率图显示线性行为低于和高于振荡阈值的自旋力矩振荡器的分析理论所预测的。系数的大小由线性斜率的比率确定。小幅度的系数已获得的器件表现出窄线宽在高偏置电流。
2009-06-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Annealing stability of magnetic tunnel junctions based on dual MgO free layers and [Co/Ni] based thin synthetic antiferromagnet fixed system
我们研究了基于双MgO自由层和薄固定系统的底部钉扎垂直磁化磁性隧道结的退火稳定性，所述薄固定系统包括硬[Co/Ni]多层反铁磁耦合到薄Co参考层和FeCoB偏振层。使用传统的磁强计和先进的宽带铁磁共振，我们确定的磁性隧道结的每个子单元的属性，并证明这种材料的选择可以确保一个令人满意的弹性400 $^\circ$ C的热退火所需的固态磁存储器应用。双MgO自由层具有退火鲁棒性0.4 T有效各向异性，并且对于最艰难的退火条件，其吉尔伯特阻尼仅从0.007轻微增加到0.010。在固定系统内，铁耦合剂和纹理破坏TaFeCoB层保持高于0.8 mJ/m $^2$的层间交换，而合成反铁磁体内的Ru反铁耦合剂层保持高于-0.5 mJ/m $^2$的耦合。这两个强耦合在最艰难的退火后保持隧道结的整体功能性，尽管薄Co层各向异性的逐渐退化可能降低自旋扭矩存储器应用中的操作裕度。基于这些发现，我们提出了下一代磁性隧道结的进一步优化路线。
2017-03-21 cond-mat.mtrl-sci
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
Electrical Spin Injection into Silicon using MgO Tunnel Barrier
利用非局域磁电阻测量技术，我们观察到了自旋通过Fe/MgO隧道势垒注入硅中。在绝缘体上掺磷硅衬底上制备了具有横向自旋阀结构的Fe/MgO隧道势垒接触。在非定域方案中，在120 K下观察到自旋注入信号，这是迄今为止报道的Si中带转移自旋的最高值，并且在8 K下估计自旋扩散长度约为2.25 μ m。研究了非局域电压的温度依赖性和注入电流依赖性。阐明了MgO隧道势垒对自旋注入硅是有效的。
2009-05-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
A 4-fold-symmetry hexagonal ruthenium for magnetic heterostructures exhibiting enhanced perpendicular magnetic anisotropy and tunnel magnetoresistance
本文报道了MgO/Ru/Co_2FeAl/MgO异质结中出现的一种不寻常的具有四重对称性的六方Ru晶体取向，其中近似Ru（02-23）的生长归因于MgO、Ru和Co_2FeAl之间的晶格匹配。与Cr（001）层相比，Co2 FeAl/MgO界面的垂直各向异性显著增强。采用这种结构的MTJ产生了最大的隧道磁阻的垂直MTJ使用低阻尼Heusler合金。四重对称的六方Ru来自于具有空前高的晶体指数的外延生长，为立方和四方铁磁合金的垂直各向异性膜的发展开辟了独特的途径。
2014-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Memristive switching of MgO based magnetic tunnel junctions
在这里，我们表明，隧道磁阻（TMR）和电阻开关（RS），可以同时观察到在纳米尺度的磁性隧道结。该器械的双极RS为6%，TMR率约为100%。对于每个磁状态，根据偏置历史产生多个电阻状态，这为多位数据存储和逻辑提供了一种方法。在忆阻系统的框架下讨论了电子输运测量。比较了制备的MgO阻挡层，以深入了解开关机制。
2009-07-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spincaloric properties of epitaxial Co$_2$MnSi/MgO/Co$_2$MnSi magnetic tunnel junctions
用第一性原理计算研究了半金属Co $_2$ MnSi Heusler电极、MgO隧穿势垒和不同界面终端的外延磁性隧道结的电子输运和旋热性质。提出了一种新的方法spincaloric属性，绕过固有的线性响应近似的塞贝克系数和Sivan和Imry的方法相比。这种方法支持两个电极中的两个不同温度，并提供系统的精确电流和/或电压响应。此外，它占温度依赖的电极和有限偏压效应的化学势。我们发现，特别是前者是重要的获得定性正确的结果，即使化学势的变化很小。它示出了如何spincaloric属性可以定制的生长条件的选择。我们发现一个大的有效和自旋相关的Seebeck系数$-65$ $μ$ V/K在室温下的纯钴终止界面。我们建议在热操作的磁阻随机存取存储器模块，利用磁塞贝克效应，以最大限度地提高热致读出电压使用这样的接口。
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Tunneling anisotropic magnetoresistance of NiFe/IrMn/MgO/Pt stack: An antiferromagnet based spin-valve
自旋阀是一种利用载流子的电荷和自旋来实现高阻态和低阻态的微电子器件。在现代硬盘驱动器读头和磁性随机存取存储器中使用的自旋阀结构包括两个铁磁（FM）电极，其相对磁化取向可以在平行和反平行配置之间切换，从而产生期望的巨磁阻效应或隧穿磁阻效应。在本文中，我们证明了>100$%的自旋阀的信号在NiFe/IrMn/MgO/Pt堆叠与反铁磁体（AFM）的一侧和非磁性金属的隧道势垒的另一侧。<50 mT的外磁场使NiFe的FM磁矩发生反转，NiFe对IrMn的交换弹簧效应引起了IrMn的AFM磁矩的旋转，这一点可以通过测量的隧道各向异性磁电阻（TAMR）来检测。我们的工作表明，自旋电子元件的传输特性是由原子力显微镜。它表明，低磁场的敏感性可以结合使用单个磁性电极的大，自旋轨道耦合诱导的磁输运各向异性。AFM-TAMR提供了通过电子输运测量来研究AFM膜的磁特性的手段。
2010-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Effect of electron correlations on (001) Fe/MgO interfaces
我们开发了一个参数化的传输概率，可靠地捕获磁性隧道结中的隧穿过程的基本要素。在准粒子自洽GW近似下计算了Fe/MgO系统的电子结构，并用于计算（001）Fe/MgO界面的透射几率。的传输在+0.12 V处有一个峰值，与最近的微分电导测量与反平行自旋的电极非常一致。这些研究结果证实，所观察到的电流-电压特性是固有的定义良好的（001）Fe/MgO界面，在以前的预测的基础上的本地自旋密度近似，也是重要的多体效应，真实地描述电子输运在定义良好的金属-绝缘体界面。
2012-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Giant tunnel magnetoresistance and high annealing stability in CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions with synthetic pinned layer
我们研究了隧道磁阻（TMR）比和结晶的CoFeB层之间的关系，通过退火的磁性隧道结（MTJ）与MgO的障碍，具有不同的Ru间隔层厚度（tRu）的CoFe/Ru/CoFeB合成亚铁磁钉扎层。随着退火温度（Ta）和tRu的增加，TMR比率增加，在Ta = 425 C时达到361%，而具有钉扎层而没有Ru间隔物的MTJ的TMR比率在Ta超过325 C时降低。钌间隔层在形成（001）取向的bcc CoFeB钉扎层中起重要作用，通过高温退火导致高TMR比。
2006-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
