Статья была опубликована в ACS Applied Materials & Interfaces.
Несмотря на значительный прогресс в последние десятилетия, ультратонкие оксидные (MgO и Al2O3) спейсеры, служащие туннельными барьерами, не обеспечивали достаточного значения магнитосопротивления (MR) в вертикальном спин-клапане. В последнее время в качестве альтернативных спейсеров стали рассматриваться двумерные материалы, демонстрирующие чрезвычайно большое разнообразие электронных и структурных свойств. Графен и h-BN были рассмотрены как низкоомные барьеры для вертикального спинового клапана. Кроме них, использование дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ) может значительно расширить разнообразие электронных свойств и настроить эффективность магнитных переходов.
Помимо надлежащего выбора 2D спейсеров, большое значение имеет поиск идеального источника спин-поляризованных электронов. С этой целью уже несколько десятилетий рассматриваются полуметаллические материалы, включая сплавы Гейслера, такие как Co2FeGe1/2Ga1/2, Co2MnSi, CoFeMnSi, Co2FeAl1/2Si1/2 и другие.
В данной работе предложен и теоретически исследован нового магнитного туннельного перехода на основе электродов из сплава Гейслера Co2FeGe1/2Ga1/2 и спейсера MoS2 как перспективного элемента для устройств спинтроники. Методом DFT исследованы электронные и магнитные свойства границы раздела MoS2/CFGG как для случая FeGeGa-, так и Co-терминирования поверхности CFGG. Продемонстрирован устойчивый ферромагнетизм по всей толщине пленки CFGG. Показано, что спиновая поляризация подавляется в нескольких внешних атомных слоях CFGG из-за межфазных взаимодействий и быстро восстанавливается в пределах четырех атомных слоев (до 5 Å). Далее, изучается спин-зависимый баллистический транспорт магнитного туннельного перехода CFGG/MoS2/CFGG в рамках неравновесного формализма функции Грина для спейсеров MoS2, варьирующихся от монослойных до четырехслойных пленок. В случае нулевого смещения значения магнитосопротивления находятся в диапазоне 10^4-10^5 %. Также получены воль-амперные характеристики, демонстрирующие сохранение больших значений MR при напряжении смещения. Наряду с последними достижениями в синтезе гетероструктуры графен/CFGG, данная работа поддерживает дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования полуметаллических магнитных переходов на основе сплава Гейслера, обладающих высокой эффективностью в спинтронике.
Транспортные свойства CFGG/MoS2/CFGG MTJ с FeGeGa-терминированием. (a) Атомная структура исследуемого магнитного туннельного перехода. (b) Нулевая спин-разрешенная проводимость для моно-, би- и трехслойного спейсера MoS2. Представлена как параллельная (левая колонка), так и антипараллельная (правая колонка) проводимость. (c) Г-центрированная k|||-разрешенная нуль-спиновая проводимость на уровне Ферми для параллельной схемы с монослоем MoS2. Проводимость с большим и меньшим спином обозначена как G↑↑ и G↓↓, соответственно.
Comments