Magnetic tunnel junctions with ferroelectric barriers: Prediction of four resistance states from first-principles
磁性隧道结（MTJ）是由两个铁磁电极通过薄的绝缘阻挡层分隔而成的，目前用于自旋电子器件，例如磁性传感器和磁性随机存取存储器。最近，在纳米尺度的铁电性的演示的驱动下，薄膜铁电屏障被提出来扩展MTJ的功能。由于电导对电极的磁化排列（隧穿磁阻）和铁电势垒中的极化取向（隧穿电阻）的敏感性，这些多铁性隧道结（MFTJ）可以用作四态电阻器件。基于第一性原理计算，我们研究了具有非对称界面的SrRuO 3/BaTiO 3/SrRuO 3薄膜晶体管的四种电阻状态。我们发现，这样的MFTJ的电阻显着改变时，电极化的强度的障碍是逆转和/或当电极的磁化从平行切换到反平行。这些结果揭示了MFTJ作为多功能自旋电子器件的应用前景。
2008-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A CMOS Compatible Aluminum Scandium Nitride-based Ferroelectric Tunnel Junction Memristor
我们报道了一种与互补金属氧化物半导体（CMOS）技术兼容的铁电隧道结忆阻器，它直接生长在硅衬底上，使用掺钪的氮化铝作为铁电层。
2021-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
In-Plane Ferroelectric Tunnel Junction
铁电材料是实现非易失性存储器的重要平台。到目前为止，现有的铁电存储器器件利用铁电薄膜中的面外极化。本文提出了一种基于面内极化铁电薄膜的新型随机存取存储器（RAM），称为“面内铁电隧道结”。与传统的动态RAM相比，该方案除了具有非易失性、低功耗和写操作速度快等优点外，还具有读操作速度快和非破坏性的优点，从而克服了当前铁电RAM普遍存在的先读后写问题。最近发现的室温铁电IV-VI族半导体薄膜是实现我们的建议的一个很有前途的材料平台。
2019-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-performance ferroelectric memory based on fully patterned tunnel junctions
在具有铁电势垒的隧道结中，切换极化方向修改静电势分布和相关联的平均隧道势垒高度。这导致隧道传输和相关电阻的强烈变化。因此，铁电隧道结（FTJ）中的信息读出是电阻性和非破坏性的，这与常规铁电存储器（FeRAM）的情况相比是一个优点。最初，耐久性限制（即疲劳）是阻碍FeRAM工业化的主要因素。对各种铁电和电极材料的开关动力学的系统研究已经解决了这个问题，耐久性现在达到了$10^{14}$周期。在这里，我们研究了完全图案化的亚微米Co/BiFeO $_3$ /Ca $_{0.96}$ Ce $_{0.04}$ MnO $_3$ FTJ中的数据保持和耐久性。我们报告了高电阻对比的良好再现性，并将FTJ的最大报告耐久性延长了三个数量级（$4\times10^6$周期）。我们的研究结果表明，这里的疲劳是不受限制的极化的减少或增加的泄漏，而是由畴壁钉扎。我们提出了更可靠地访问极端和中间电阻状态的方向，并进一步加强FTJ的非易失性存储器应用的潜力。
2014-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One nanometer HfO$_2$-based ferroelectric tunnel junctions on silicon
在铁电材料中，自发对称性破缺导致可切换的电极化的强度，这为非易失性存储器提供了重要的前景。特别是，铁电隧道结（FTJ）已经成为一种新的电阻开关存储器，它利用极化相关的隧道电流穿过薄的铁电势垒。在这里，我们展示了FTJ与CMOS兼容的Zr掺杂HfO $_2$（Zr：HfO $_2$）铁电势垒的厚度仅为1 nm，生长在硅原子层沉积。这些1 nm Zr：HfO $_2$隧道结表现出大的极化驱动电阻（19000 $\%$），这是HfO $_2$基FTJ的最大值。此外，由于仅1 nm铁电势垒，这些结在低读取电压下提供大的隧道电流（> 1A/cm $^2$），比所报道的较厚的基于HfO $_2$的FTJ大几个数量级。因此，我们的原理验证演示提供了一种方法，同时克服原型FTJ的三个主要缺点：硅兼容的铁电体，大电阻，高速操作的大读取电流。
2020-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Interfacial dead layer effects on current-voltage characteristics in asymmetric ferroelectric tunnel junctions
模拟了具有界面死层的SrRuO $_{3}$ /BaTiO $_{3}$ /Pt隧道结的电流-电压特性和$P-E$环。不可切换的界面极化与屏蔽电荷和势垒极化自洽地耦合在E-Fermi模型和Landau-Devonshire理论中。发现由于界面偶极子的不对称性，导致P-E环偏离中心位置，正矫顽场和负矫顽场不相等。给出了不同势垒厚度下结的完整J-V曲线，并研究了界面极化强度对隧穿电流的影响。
2014-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Limits for the graphene on ferroelectric domain wall p-n-junction rectifier for different regimes of current
在这里，我们提出的PN结（pnJ）的导电性的理论，放置在铁电衬底上的石墨烯沟道中，由铁电畴壁（FDW）的情况下，从弹道扩散的情况下。我们计算了施加到沟道的源极和漏极的相反极性的电压的pnJ电导率的比率，G +/G-作为石墨烯沟道长度L、电子平均自由程λ和铁电衬底介电常数的函数。我们已经证明，对应于有效的基于石墨烯pnJ的整流器的小的G +/G-值（0.1和更小），可以针对具有高和L/λ~1或更小的比率的铁电体获得。然而，对于具有极高介电常数的铁电体（弛豫体或PbZrxTi1-xO3，其组成x接近准同型相界x = 0.52），对于电流的显著扩散状态的情况，G +/G-的比率也可以基本上小于1。这使得具有高介电常数的铁电衬底成为制造基于石墨烯pnJ的新一代整流器的优秀候选者。在Landau-Ginzburg-Devonshire方法中研究了温度对比率的影响。我们已经证明了石墨烯pnJ的整流性能在居里温度附近变得更好。当温度高于居里温度时，由于铁电极化消失，整流效应消失。
2016-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of a built-in electric field in asymmetric ferroelectric tunnel junctions
利用多尺度热力学模型研究了内建电场对非对称铁电隧道结铁电相变的贡献。详细论证了在非对称铁电隧道结中存在一个临界厚度，在该厚度处发生不寻常的铁电-极性非铁电\rq \rq相变.在极性非铁电\rq \rq相中，只有一个不可切换的极化，这是由去极化场和内建场之间的竞争引起的，并提出了形成封闭状畴以使系统能量最小化的建议。转变温度被发现单调降低的铁电势垒厚度的减少和减少变得更显着的较薄的铁电层。事实上，内置电场不仅导致相变的拖尾，而且还迫使相变在降低的温度下发生。这样的发现可能会对工作温度施加基本限制，因此在未来的铁电隧道结型或铁电电容器型器件中应进一步加以考虑。
2013-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional ferroelectric tunnel junction: the case of monolayer In:SnSe/SnSe/Sb:SnSe homostructure
铁电隧道结是铁电极化和量子隧穿紧密耦合而产生的隧穿电阻效应，由于其在非易失性和低功耗存储器件中的潜力而引起了人们的极大兴趣。然而，铁电尺寸效应阻碍了铁电隧道结表现出强大的TER效应。在这里，我们的研究提出了在二维面内铁电半导体中的掺杂工程作为设计由同质$p$型半导体/铁电/ $n$型半导体组成的二维铁电隧道结的有效策略。由于平面内极化在单层铁电势垒中持续存在，二维铁电隧道结的垂直厚度可以和单层一样薄。我们表明，单层In：SnSe/SnSe/Sb：SnSe结提供了这种策略的一个实施例。结合密度泛函理论和非平衡格林函数方法，研究了In：SnSe/SnSe/Sb：SnSe的电子输运性质，揭示了1460 $\%$的巨TER效应.铁电开关过程中势垒宽度和势垒高度的动态调制是造成这种巨大TER效应的原因。这些发现提供了一个重要的洞察力，对材料中的电子在二维极限的量子行为的理解，并使新一代的非易失性存储器件的基础上灵活的二维横向铁电隧道结的新的可能性。
2019-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic tunnel junctions based on ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 tunnel barriers
在两个铁磁电极之间的铁电隧道势垒（多铁性隧道结，MFTJ）是未来微电子器件中最有前途的概念之一。与此同时，哈夫尼亚基铁电体显示出器件小型化到纳米级的巨大潜力。在这里，我们利用铁电Hf0.5Zr0.5O2（HZO）的厚度只有2 nm，外延生长在La0.7Sr0.3MnO3（LSMO）铁磁电极，作为一个大的带隙绝缘势垒集成在MFTJ与钴顶部电极。如先前对于具有类似电极的其他MFTJ所报道的，隧穿磁阻（TMR）可以被调谐，并且其符号甚至可以通过跨结的偏置电压而反转。我们展示了四个非易失性电阻状态所产生的磁场和电场开关在这个系统中具有很高的再现性。
2019-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strain-tunable in-plane ferroelectricity and lateral tunnel junction in monolayer group-IV monochalcogenides
二维铁电材料是设计低维存储器件的一种很有前途的材料。在这里，我们探讨应变可调的IV族单硫族化合物MX（M=Ge，Sn; X=S，Se）的铁电性能及其在横向场隧道结器件的潜在应用。我们发现这些单层具有面内铁电性，其铁电参数与其他已知的二维铁电材料相当。在SnSe，SnS，GeSe和GeS中，我们发现GeS具有最好的器件应用的铁电参数，这可以通过施加单轴拉伸应变来进一步改善。我们使用这些材料的铁电性质的计算研究的隧道电阻（TER）的4 nm器件的横向铁电隧道结的基础上。我们发现了大量的TER比$10^3-10^5$在基于这些材料的设备，这可以进一步提高到40倍的拉伸应变的应用。
2022-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Depolarizing-Field Effect in Strained Nanoscale Ferroelectric Capacitors and Tunnel Junctions
利用非线性热力学理论研究了退极化场对铁电电容器和隧道结中均匀极化的大小和稳定性的影响。据预测，在涉及应变外延膜和金属电极的异质结构中，均匀的极化状态可以保持稳定，对顺电相和多畴状态下到纳米级的转换。这一结果支持的可能性去极化场相关的电阻开关在铁电隧道结与不同的电极。在这样的结的电阻开/关比示出由在电极中的屏蔽空间电荷的倒易电容之间的差异。
2006-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Interface effects at a half-metal/ferroelectric junction
采用从头算方法研究了Heusler Co $_2$ MnSi和BaTiO $_3$两种半金属和铁电原型材料界面的磁电效应。对于Co-终止铁电性的发展在钛酸钡$_3$下降到纳米厚度，而对于锰硅-终止顺电和铁电状态大力竞争，要求一个完整的实验控制的结原子配置时，需要一个铁电屏障。开关的电极化在很大程度上影响磁性Co $_2$ MnSi，由于在MnSi终端的电子杂化和在Co-终端的结构效应的磁电耦合。半金属丰度在界面处丢失，但在次表层已经恢复。
2007-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Colossal electroresistance in metal/ferroelectric/semiconductor tunnel diodes for resistive switching memories
我们提出了一种隧穿异质结构，通过用重杂质半导体代替金属/铁电/金属铁电隧道结中的一个金属电极。在这种金属/铁电/半导体隧道二极管中，由于铁电场效应，隧道势垒的高度和宽度都可以被电调制，从而导致巨大的隧道电阻。这一想法在Pt/BaTiO 3/Nb：SrTiO 3异质结构中实现，其中在室温下可以容易地实现高于10 $^4$的导通/截止电导比。在这些铁电隧道二极管中观察到的巨大的隧穿电阻、可靠的开关再现性和长时间的数据保持表明它们在非破坏性读出非易失性存储器中具有巨大的潜力。
2012-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Insights into electron transport in a ferroelectric tunnel junction
铁电隧道结（FTJ）的成功取决于隧道电阻（TER）效应所引起的电子隧穿的不对称性。这种特性主要考虑三种传输机制：直接隧穿、电子发射和福勒-诺德海姆隧穿。在这里，通过分析温度对TER的影响，我们表明，仅考虑这些机制可能是不够的，以充分表征FTJ设备的性能。我们用非平衡格林函数（NEGF）方法研究了FTJ中的电子隧穿，该方法能够克服上述三种机制的局限性。我们带来的证据表明，FTJ的性能也受到温度的影响，在一个非平凡的方式，通过共振（Gamow-Siegert）状态，这是目前在电子传输概率，通常位于势垒以上。虽然NEGF技术不提供直接访问的波函数，我们表明，对于单带运输，可以找到在任何给定的能量，特别是在系统中的共振能量的波函数。
2022-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlling the Spin Torque Efficiency with Ferroelectric Barriers
本文从理论上研究了含铁电势垒的磁性隧道结中的非平衡自旋输运。结合Bessel函数和Airy函数，得到了考虑界面屏蔽的自由电子薛定谔方程的精确解.我们证明，自旋转移力矩效率，更一般的偏置依赖性的隧道磁电阻和电阻，可以通过切换铁电极化的障碍。这种效应提供了一种补充的方式来电控制自旋转移器件中的磁化强度和相关磁噪声的电流驱动动态。
2012-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunneling electroresistance effect in ferroelectric tunnel junctions at the nanoscale
铁电材料的稳定和可切换的极化开启了电控制其功能行为的可能性。一种特别有前途的方法是采用铁电隧道结，其中铁电势垒中的极化反转改变穿过结的隧穿电流。在这里，我们证明了可重复的隧道电阻效应，使用压电响应力显微镜（PFM）和导电原子力显微镜（C-AFM）的纳米厚的外延钛酸钡单晶薄膜SrRuO 3底部电极上的技术相结合。铁电和电子输运性质之间的相关性建立了直接纳米尺度可视化和控制的极化和隧道电流在钛酸钡薄膜。所获得的结果示出了在室温下在20 nm的横向尺度上极化反转时电阻的变化约两个数量级。这些结果是有前途的采用铁电隧道结在非易失性存储器和逻辑器件，不涉及作为状态变量的电荷。
2009-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Tunneling Electroresistance in Ferroelectric Tunnel Junctions with a Composite Barrier
隧道电阻（TER）效应是与铁电势垒层中的极化反转相关联的铁电隧道结（FTJ）的电阻的变化。在这里，我们预测，FTJ的复合屏障，结合了功能性铁电膜和非极性电介质的薄层可以表现出显着增强TER。由于静电势随着极化反转而变化，非极性电介质势垒充当将其势垒高度从低值改变到高值的开关。预测的TER值很大，表明在铁电体的矫顽电场作用下，FTJ的电阻可以发生多个数量级的变化。
2009-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Pyroelectric doping reversal of MoS2 p-n junctions on ferroelectric domain walls probed by photoluminescence
本研究利用空间分辨光致发光揭示周期性极化 LiNbO3 的热释电电荷可无栅极调控单层 MoS2 掺杂，并在冷却时反转畴壁 p-n 结为 n-p 结。
2025-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron transport through asymmetric ferroelectric tunnel junctions: current-voltage characteristics
我们已经进行了计算的电流-电压特性的电子隧道电流通过一个薄的绝缘铁电势垒的结假设，界面传输的左，右接口显着不同，由于相异的接口。得到的电导与电压和电流与电压的曲线表现出很好的区别不对称滞后。我们发现，滞后效应的不对称性可能源于结内的不对称偏置电压分布。特别地，我们分析了当偏置电压分布对自发极化反转不敏感时发生的磁滞不对称性。
2010-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Sliding Ferroelectric Tunnel Junctions
最近，实验报道了交错双层六方氮化硼（BBN）中的铁电极化及其新颖的滑动反转机制（Science 2021，372，1458; 2021，372，1462），这为实现具有新功能的范德华（vdW）铁电器件铺平了新的道路。在这里，我们开发了VDW滑动铁电隧道结（FTJ）使用滑动铁电BBN单元作为势垒，并通过第一性原理探索其与不同铁电态和金属接触的输运性质。研究发现，电极/BBN接触电场淬灭了交错BBN中的铁电性，导致非常小的隧穿电阻（TER）。在Au和BN之间插入高迁移率2D材料可以恢复BBN铁电性，在滑动FTJ中达到约10，000%的巨大TER。最后，我们研究了金属接触和厚度对滑动FTJ隧穿特性的影响。vdW滑动FTJ的巨大TER和多个非易失性电阻态显示了其在具有高存储密度的压控纳米存储器中的应用前景。
2021-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Capped Magnetization in Multiferroic PZT/LSMO Tunnel Junctions
采用脉冲激光沉积技术在铁磁材料La 0.67 Sr 0.33 MnO 3（30 nm）上生长了自极化的超薄铁电PbZr 0.52 Ti 0.48 O3（PZT）薄膜（5 nm和7 nm），研究了极性覆盖对铁电隧道结（FTJ）器件磁化强度的影响. PZT/LSMO异质结厚极性PZT（7 nm）盖帽显示出近100%的增强磁化强度与薄极性PZT（5 nm）的薄膜相比，可能是由于过量的空穴从铁电铁磁层转移。芯能级X射线光电子能谱学研究表明，在7 nm极性封端的LMSO中存在较大的Mn 3s交换分裂和较高的Mn 3 +/Mn 4+离子比。
2015-03-27 cond-mat.mtrl-sci
CMOS back-end-of-line compatible ferroelectric tunnel junction devices
基于二氧化铪固溶体的铁电薄膜的铁电隧道结器件可以实现具有存储器和新兴计算方案（例如存储器内计算和神经形态应用）潜力的超低功率铁电器件的CMOS集成。在这项工作中，我们提出了铁电隧道结的基础上，铪$_{0.5}$锆$_{0.5}$ O $_{2}$的材料和工艺兼容的CMOS后端线集成。我们展示了基于W-Hf $_{0.5}$ Zr $_{0.5}$ O $_{2}$ -Al $_{2}$ O $_{3}$ -TiN堆叠的器件架构，其具有在400°C下的低温退火，其性能与在较高温度退火条件下获得的性能相当。
2021-08-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electroresistance effects in ferroelectric tunnel barriers
研究了两金属电极间全耗尽铁电隧道势垒的电子输运特性及其与铁电极化方向的关系。该模型假设一个极化方向依赖的铁电势垒。的传输机制，包括直接隧穿，Fowler-Nordheim隧道和电子注入，被认为是在计算的电阻作为铁电体的势垒特性的函数，由铁电体的属性，势垒厚度，和金属的属性，并反过来的极化方向。对于所有三种输运机制，大的电阻在较厚的膜中是有利的，但以电流密度为代价。然而，在两种传输机制之间切换，即，直接隧穿和Fowler-Nordheim隧穿，通过极化转换产生大的电阻。此外，在优化器件性能的最通用的游乐场被发现是电极性能，特别是屏蔽长度和带偏移与铁电体。
2010-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Nanotube ferroelectric tunnel junctions with giant tunneling electroresistance ratio
提出以铁电纳米管为隧穿区的新型TER机制，利用本征极化与挠曲电极化及轴向电场实现金属—绝缘态切换，并在α-In2Se3中预测超过9.9×10^10%的超高TER比。
2023-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric tunnel junctions
我的研究致力于功能氧化物的电子性质。我的活动特别集中在铁电隧道结，其中铁电材料的介电层插入两个金属电极之间。在这些器件中，极化反转引起隧道电阻的大的修改，导致信息的非破坏性读出。在用扫描探针显微镜技术演示了这个概念之后，我一直在探索各种铁电材料（BaTiO 3，BiFeO 3和PVDF）的铁电隧道结的特性。我表明，这些设备具有有吸引力的应用程序作为非易失性二进制存储器的属性。此外，探索极化通常通过畴的成核和传播而反转的事实，我证明了与铁电畴的非均匀配置相关的结中的忆阻行为。这种铁电忆阻器可以用作神经形态架构中的人工突触。耦合到磁性电极，所得到的多铁性隧道结使得能够在铁电/电极界面处的磁性和相关的自旋极化电流的非易失性控制。除了在隧道器件方面的主要活动之外，我还探索了铁电性对磁序和功能氧化物性质的影响。
2020-11-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ex-situ Tunnel Junction Process Technique Characterized by Coulomb Blockade Thermometry
我们研究了一种晶圆级隧道结制造方法，其中等离子体蚀刻通过覆盖底部Al电极的介电层限定隧道结区域。通过氧化结区中的底部电极来形成非原位隧道势垒。在150 mm晶片上的室温电阻映射给出了隧道结电阻的局部偏差值，其低于7.5%，平均值为1.3%。的偏差进一步调查的设备，其中有一个隧道结连接到四个阵列组成的N结（N = 41，结直径700 nm）的子-1 K测量。微分电导是在单结和阵列库仑阻塞温度计工作模式下测量的。通过将实验数据与理论模型拟合，我们发现对于2N+1结阵列，局部隧道结电阻偏差的上限为~ 5%。该值与由我们的实验装置的精度定义的最小可检测偏差具有相同的量级。
2010-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric switched all-metallic-oxide $p$-$n$ junctions
我们首次报道了金属$p$ - $n$结的形成，铁电（Ba，Sr）TiO $_3$（BST）开关最佳电子掺杂（$n$型）金属T '相超导体，（La，Ce）$_2$ CuO $_4$（LCCO）和空穴掺杂（$p$型）金属CMR锰氧化物（La，Sr）MnO $_3$（LSMO）结.与之前的半导体$p$ - $n$相比，（$p$ - $n$）结，本发明的金属氧化物$p$ -$n$结通过双势垒场、内置场$V_0$和铁电反向极化场$V_{rp}$来切换，两者共同作用，使结具有确定的参数，如确定的可忽略的反向电流（$10^{-9}$ A），大击穿电压在偏置电压1.2 ~ 2.0 V，温度5 ~ 300 K范围内，采用了正激整流（$>2\times10^4$）和负激整流（$>$ 7 V）。相关的输运功能，势垒尺寸效应，温度效应也被观察和定义。
2006-11-19 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
Large bias-dependent magnetoresistance in all-oxide magnetic tunnel junctions with a ferroelectric barrier
全氧化物磁性隧道结（MTJ）结合功能材料作为绝缘屏障有可能成为新型多功能器件的基础技术。利用第一性原理密度泛函理论研究了全氧化物SrRuO 3/BaTiO 3/SrRuO 3 MTJ器件的偏压依赖输运特性。这包括一个BaTiO 3的障碍，可以发现无论是在非铁性或铁电状态。在这样的MTJ中，不仅隧穿磁阻可以达到巨大的值，而且对于某些电压，其符号可以通过改变势垒电状态来改变。这些发现为新一代电控磁传感器铺平了道路。
2010-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Spin-polarized transport in magnetic tunnel junctions with ZnTe barriers
制备了具有宽禁带半导体ZnTe势垒的磁性隧道结。在室温下，在Fe/ZnTe/Fe结中观察到非常低的势垒高度和相当大的磁阻。非线性I-V特性曲线证实了所观察到的磁电阻是由于自旋相关的隧穿效应。温度依赖的研究表明，结的总电导主要是由直接隧穿，只有一小部分从跳跃传导通过内部的障碍缺陷态。
2022-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bias dependent inversion of tunneling magnetoresistance in Fe/GaAs/Fe tunnel junctions
我们研究了Fe/GaAs/Fe隧道结中自旋相关的输运。研究了不同类型Fe/GaAs界面的隧穿磁电阻效应。对于氢等离子体清洗的界面，TMR效应增加，在室温下可观察到。如果涉及外延Fe/GaAs（001）界面，则隧道结表现出TMR效应的偏压依赖性反转。这是Fe/GaAs界面能带结构效应的第一个实验特征，与自旋注入实验有关。
2006-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evolution of perpendicular magnetized tunnel junctions upon annealing
我们研究了垂直磁化隧道结在300到400 $^{\circ}$ C退火下的演化。在退火过程中的磁滞回线不演变太多，他们是不是信息的基础结构的演变。这些演变更好地揭示了隧道结的铁磁共振本征模的频率。他们的建模提供了堆叠内的交换耦合和层的各向异性，这可以作为每个退火步骤后的隧道结状态的诊断。隧道结的两个CoFeB基部分和两个Co/Pt基部分的各向异性在退火期间以不同的速率衰减。在375 $^{\circ}$ C以上，通过织构破坏Ta层的铁磁体交换耦合失效。旨在促进合成反铁磁体行为的Ru间隔物对于退火也不够稳健。基于这些演变，我们提出了下一代隧道结的优化路线。
2016-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time-resolved measurement of the tunnel magneto-Seebeck effect in a single magnetic tunnel junction
最近，一些研究小组报道了磁隧道结中自旋相关的热电效应。在本文中，我们提出了一个时间分辨测量的热电压和热流的一个单一的微米到纳米尺度的隧道结的设置。电调制二极管激光器用于在隧道结层堆叠上产生温度梯度。这种激光调制技术能够记录时间依赖性的热电压信号，其时间分辨率仅受热电压的时间分辨率的限制。到目前为止，时间依赖的热电压无法解释。现在，通过本文中的设置，可以在μs时间范围内区分不同的塞贝克电压对整个测量电压信号的贡献。开发了一个模型电路，解释了不同样品类型的电压贡献。此外，它将被示出，从磁隧道结产生的电压信号只能被观察到当激光点直接集中在顶部的磁隧道结，这允许横向分离的效果。
2013-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low voltage graphene interface engineered organic ferroelectric tunnel junction devices
本文通过界面层工程，在单层石墨烯上沉积超薄铁电薄膜制备铁电隧道结，实现了约0.8V的低压极化切换和显著的隧道电阻，解决了铁电材料低电压应用的障碍。
2025-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tunneling magneto thermo power in magnetic tunnel junction nanopillars
研究了CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结纳米柱的隧穿磁热功率（TMTP）。通过微图案化的电加热器线产生跨结的热梯度。测量在纳米柱的顶部和底部接触之间的高达几十个\muV的热功率电压，其与所施加的加热功率并且因此与所施加的温度梯度成线性比例。热功率信号变化高达10 \muV后，两个CoFeB层的相对磁配置从平行到反平行的反转。该信号变化对应于100 \muV /K量级的大的自旋相关塞贝克系数和高达90%的隧道结的大的TMTP变化。
2011-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental realization of single electron tunneling diode based on vertical graphene two-barrier junction
通常，石墨烯在其水平方向上用于设计新概念器件。在这里，我们报告了一个单电子隧穿二极管的基础上量子隧穿通过垂直石墨烯双势垒结。通过将扫描隧道显微镜（STM）尖端定位在沉积在石墨表面上的石墨烯纳米颗粒上方来形成结。由于双势垒结的不对称性，电子可以从针尖单向转移到石墨烯纳米管，但不能从石墨烯单向转移到针尖。这一结果为在垂直方向上设计新型石墨烯晶体管提供了有趣的机会。
2012-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic tunneling magnetoresistance and tunneling anisotropic magnetoresistance: spin-orbit coupling in magnetic tunnel junctions
研究了自旋轨道相互作用对铁磁/半导体/正常金属隧道结隧穿磁电阻的影响。隧道各向异性磁电阻（TAMR）的解析表达式内推导出的近似中的磁电阻的磁化方向上的依赖性的铁磁体起源于Bychkov-Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合出现在结界面和隧道区之间的干扰。我们还研究了铁磁/半导体/铁磁隧道结的输运性质，表明在这种结构中，自旋轨道相互作用不仅导致TAMR效应，而且导致常规隧道磁电阻（TMR）的各向异性。由此产生的各向异性隧穿磁电阻（ATMR）依赖于铁磁体中的绝对磁化方向。在所提出的模型中，取决于铁磁体的磁化方向，Bychkov-Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合的相互作用在铁磁体/超导导体界面处产生透射和反射自旋速率之间的差异，这导致费米表面处的各向异性局域态密度以及TAMR和ATMR效应。本文给出了Fe/GaAs/Fe隧道结的模型计算。此外，基于相当普遍的对称性考虑，我们推导出的形式的磁阻依赖于在铁磁体的磁化的绝对取向。
2008-07-22 cond-mat.mes-hall 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
Pressure induced switching in ferroelectrics: on the junction between physics and electrochemistry
铁电薄膜中的压力诱导极化切换已经成为用于畴图案化的强有力的方法，允许在自由表面上和薄导电顶部电极下创建预定义的畴图案。然而，铁电体中压力诱导极化开关的机制仍然存在很大争议，挠曲电性，极化旋转和抑制，以及体相和表面电化学过程都可能相关。在这里，我们分类可能的压力引起的开关机制，进行初步估计，并深入研究使用相场建模。我们发现，这些影响的幅度是非常接近的，并引起复杂的开关图的压力和膜厚度的函数与非平凡的拓扑结构或可切换和不可切换的区域。
2017-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Oscillatory dependence of tunneling magnetoresistance on barrier thickness in magnetic tunnel junctions
本文理论上研究了磁性隧道结中隧道磁电阻对势垒厚度的依赖关系，推导并验证了解析公式，发现TMR随势垒厚度的振荡源于类似经典双缝光学干涉的效应而非量子限制。
2024-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous bias dependence of tunnel magnetoresistance in a magnetic tunnel junction
我们制备了一种基于半金属锰氧化物的自旋极化隧穿器件，并以$Ba_{2}LaNbO_{6}$为绝缘势垒。首次在单绝缘势垒对称电极隧道结中观察到了隧道磁电阻（TMR）的反常偏置依赖性。TMR的偏压依赖性显示了一个非常尖锐的零偏压异常，这可以被认为是半金属费米能级附近的态密度剧烈变化的证明。这为在半金属-绝缘体界面存在少数自旋隧穿态提供了有力的证据。
2005-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Transfer Effects in Nanoscale Magnetic Tunnel Junctions
我们报告测量的磁性开关和稳态磁旋进驱动的自旋极化电流在纳米磁性隧道结低电阻，< 5欧姆微米平方，障碍。磁开关所需的电流密度与全金属自旋阀器件的值相似。在隧道结中，自旋转移驱动的开关可以发生在足够高的电压，以淬灭隧道磁阻，表明电流保持自旋极化在这些电压。
2004-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polar Rectification Effect in Electro-Fatigued SrTiO3 Based Junctions
整流半导体结对电子设备至关重要。它们通过允许单向电荷流动将交流电转换为直流电。在类比的电流整流行程电子，在这里，极性整流的基础上，在Ti/疲劳SrTiO 3（fSTO）肖特基结中的局部氧空位（OV）的第一次演示。具有OV的fSTO通过电降解过程产生。由于fSTO中的定域OV和行程电子的可动性不同，在外加和内建电场的共同作用下，在结的界面处产生单向电极化的强度。此外，fSTO显示位于顺电相和铁电相之间的前铁电态。预铁电态有三个子态，并且可以很容易地被外电场驱动到铁电态。这些观测结果为潜在的极性器件提供了机会，并可能支持许多有用的极性触发电子现象。
2020-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nonvolatile Multilevel States in Multiferroic Tunnel Junctions
通过夹在两个铁磁电极之间的铁电夹层操纵隧穿自旋极化电子，称为多铁性隧道结（MFTJ），不仅可以通过两个铁磁体的磁性对准，而且可以通过铁电夹层的电极化的强度来实现，为下一代多态存储器器件提供了巨大的机会。在这里，我们表明，La0.67Sr0.33MnO3（LSMO）/PbZr0.2Ti0.8O3（PZT）/Co结构的MFTJ器件可以表现出多级电阻状态的存在下逐渐反转的铁电畴通过隧道电阻和隧道磁阻，分别。MFTJ中的非易失性铁电控制可以归因于PZT中间层中具有相反极化的两个独立铁电通道的单独贡献。我们的研究表明，“混合”铁电态的主导作用，实现累积的多层次的电阻状态在MFTJ的电调制，多功能器件的应用铺平了道路。
2019-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Comment on ``Elastic Stabilization of a Single-Domain Ferroelectric State in Nanoscale Capacitors and Tunnel Junctions" [N.A. Pertsev and H. Kohlstedt, Phys. Rev. Lett. 98, 257603 (2007).]
在最近的一封信中[N. A. Pertsev和H. Kohlstedt，Phys. Rev. Lett. 98，257603（2007）]作者声称“甚至纳米级电容器和隧道结也可以具有足以用于存储器应用的面外极化。“在这里，我们以一种基本的方式表明，这个结论并没有被他们的计算所证实，他们应该在他们的近似值中得出相反的结论。
2007-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Organic photovoltaics without p-n junctions: Computational study of ferroelectric columnar molecular clusters
在Hartree-Fock水平上研究了由苯三甲酸（B3 CA）n构筑的铁电柱状团簇的结构和电子性质.结果表明，B3 CA堆栈形成螺旋形的分子管，分子间的氢键稳定。它进一步表明，由单轴排列的羧基基团产生的强电场可以分裂成一个电子-空穴对的光学制备的激子，并可以驱动的载流子的相对两端的管。一些后果的现象光伏应用进行了讨论。
2015-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Strain-controlled responsiveness of slave half-doped manganite La0.5Sr0.5MnO3 layers inserted in BaTiO3 ferroelectric tunnel junctions
在铁电隧道结（FTJ）中插入显示场致金属到绝缘体（M/I）转变的层作为增大结隧道电阻（TER）的潜在有用的方式而受到关注。半掺杂的锰氧化物处于金属-绝缘体特性的边缘，因此是FTJ中从层的良好候选者。然而，这些氧化物的相图对应变极其敏感，因此当集成在外延FTJ中时可能完全不同。本文报道了大面积（A = 4 ~ 100 μ m ~ 2）Pt/La_（0.5）Sr_（0.5）MnO_3/BaTiO_3/La_（0.7）Sr_（0.3）MnO_3（Pt/HD/BTO/LSMO）FTJ的系统研究。FTJ的室温电特性显示偏振控制的开/关状态。在SrTiO 3上制备的结中观察到明显的场致M/I转变（关态和导通态的结电阻之间的差异增加了一个数量级以上）的证据，但HD层通常是金属性的。此外，M/I转变仅局限于从属膜的界面层中，从而导致TER的总体降低。这里报道的有序结果给出了一些提示，对选择HD材料和基板的最佳FTJ响应。
2016-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical current-voltage characteristics of ferroelectric tunnel junctions
提出了铁电隧道结的概念。这些结由两个金属电极组成，它们被纳米厚的铁电屏障隔开。FTJ的电流-电压特性进行了分析的假设下，直接的电子隧穿是占主导地位的导电机制。首先，描述了铁电材料固有的逆压电效应对隧道电流的影响。计算结果表明，压电起源的晶格应变修改的电流-电压关系，由于应变引起的变化的势垒厚度，电子有效质量，和位置的导带边缘。值得注意的是，电导的最小值成为从零电压偏移由于压电效应，和应变相关的电阻开关发生后，在铁电势垒的极化反转。其次，我们分析了由于金属电极中电子对极化电荷的屏蔽不完全而产生的内部电场的影响。结果表明，对于非对称FTJ，这种去极化场效应也会导致极化反转后势垒电阻的显著变化。然而，所得到的电流-电压回路的对称性不同于应变相关电阻开关的特性。交叉从一个到另一个类型的滞后曲线，伴随着FTJ不对称性的增加，考虑到应变和去极化场的影响。注意，具有不同的顶部和底部电极的不对称FTJ对于非易失性存储器应用是优选的，因为具有较大的电阻开/关比。
2005-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of ferroelectric performance in PVDF:Fe3O4 nanocomposite based organic multiferroic tunnel junctions
报道了以聚偏氟乙烯（PVDF）：Fe3O4纳米复合材料为有机阻挡层的有机多铁性隧道结（OMFTJ）的制备。通过将Fe3O4纳米粒子加入到PVDF阻挡层中，我们发现，与纯PVDF阻挡层相比，OMFTJ的铁电性能得到了显著改善。它可以导致在10K和室温（RT）下约450%和100%的隧穿电阻（TER），这远高于纯PVDF基器件的隧穿电阻（TER）（在10K下70%和室温下7%）。基于PVDF：Fe3O4纳米复合材料的OMFTJ可以通过纳米颗粒的磁性与有机屏障的铁电性的相互作用在智能多铁性器件中开辟新的功能。
2020-04-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Two-dimensional antiferroelectric tunnel junction
铁电隧道结（FTJ）是由两个金属电极通过一个薄的铁电势垒分隔而成的，近年来作为纳米级电阻开关器件引起了人们极大的兴趣。到目前为止，大多数现有的FTJ都是基于钙钛矿氧化物阻挡层。最近发现的二维范德华铁电材料为实现具有新功能和纳米尺度的隧道结开辟了一条新的途径。由于这些材料中原子层之间的弱耦合，它们之间的相对偶极排列可以通过施加电压来控制。这允许铁电和反铁电有序之间的过渡，导致电子结构的显着变化。在这里，我们建议实现二维反铁电隧道结（AFTJ），利用这种新的功能，双层在$_2$ X $_3$（X = S，Se，Te）的障碍和不同的二维电极的基础上。使用第一性原理密度泛函理论计算，我们表明，在$_2$ X $_3$双层膜表现出稳定的铁电和反铁电状态分离的相当大的能量障碍，从而支持这些状态之间的非易失性切换。利用量子力学模型的电子输运，我们探讨了在平面和平面外的隧道穿过在$_2$ S $_3$范德华双层，并预测巨隧穿电阻（TER）效应和多个非易失性电阻状态驱动的铁电-反铁电顺序转变。我们的建议开辟了一条新的路线，实现纳米级存储器件的存储密度为2D AFTJ。
2021-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Tunneling spectroscopy probing magnetic and nonmagnetic electrodes in tunnel junctions
本文将隧道光谱应用于只有一个或没有铁磁电极的隧道结，研究磁性隧道结中准粒子的激发。利用非弹性电子隧穿谱研究了偏置效应的影响。这两种类型的结都显示出零偏置异常，与磁性隧道结（即具有两个铁磁电极的结）相比，该零偏置异常在尺寸和符号上不同。一个显着的差异也被发现取决于被探测的隧穿电子，这可能是由于激发的磁振子的材料。
2010-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling ferroelectric polarization and ionic contributions to electroresistance in epitaxial Hf0.5Zr0.5O2 tunnel junctions
基于铁电Hf0.5Zr0.5O2（HZO）势垒的隧道器件为新兴的数据存储和计算技术带来了巨大的希望。器件的电阻状态可以通过适当的写入电压来改变。然而，导致电阻变化的微观机制是铁电极化控制的阻挡特性和缺陷相关的传输机制之间的复杂的相互作用。这里显示的HZO膜的微观结构设置这些贡献之间的平衡的基本作用。氧化膜呈现出相干或非相干的晶界，与HZO膜中的单斜和正交相的存在相关联，这取决于与外延生长的衬底的失配。这些晶界是切换，其允许在仅存在正交相时获得大的（高达450%）和完全可逆的真正极化控制的电阻，或者在两相共存时获得不可逆的和极大的（1000- 100000%）电阻。
2020-06-12 cond-mat.mtrl-sci
