論文題目：Room-Temperature and Tunable Tunneling Magnetoresistance in Fe3GaTe2?Based 2D van der Waals Heterojunctions
發(fā)表期刊：ACS Applied Materials & Interfaces IF: 9.5
DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.3c06167
【引言】
基于范德華 (vdW) 異質(zhì)結(jié)構(gòu)的磁隧道結(jié) (MTJs)具有原子尺度上清晰且銳利的界面，是下一代自旋電子器件的重要材料。傳統(tǒng)的Fe3O4、NiFe和Co等材料所制成的MTJ相關(guān)器件在10-80K溫度下的磁阻率僅為0.2%-3.2%，主要是因?yàn)樵谥苽溥^(guò)程中界面處會(huì)受到不可避免的損傷。尋找擁有清晰且完整界面的垂直磁各向異性(PMA)的鐵磁性晶體就成為了發(fā)展MTJ相關(guān)器件的關(guān)鍵。二維過(guò)渡金屬二硫?qū)倩锸且环N具有清晰的界面二維鐵磁材料，近年來(lái)成為制備MTJ相關(guān)器件的明星材料。然而，在已報(bào)道的研究中，尚未有在室溫下還展現(xiàn)出一定隧穿磁阻率的相關(guān)研究。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，華中科技大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)利用小型臺(tái)式無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3制備出了基于垂直范德華結(jié)構(gòu)的室溫條件下的MTJ器件。器件的上下電極為Fe3GaTe2，中間層為WS2。非線性I-V曲線顯示了Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的隧穿輸運(yùn)行為。在10K的溫度下，其隧穿磁阻率可達(dá)213%，自旋極化率可達(dá)72%。在室溫條件下，所制備器件的隧穿磁阻率仍可達(dá)11%，此外，隧穿磁阻率可以通過(guò)外加電流進(jìn)行調(diào)控，調(diào)控范圍為-9%-213%，顯示出了自旋濾波效應(yīng)。相關(guān)工作以《Room-Temperature and Tunable Tunneling Magnetoresistance in Fe3GaTe2?Based 2D van der Waals Heterojunctions》為題在SCI期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上發(fā)表。
文中所使用的小型臺(tái)式無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3具有結(jié)構(gòu)小巧緊湊(70 cm x 70 cm x 70 cm)，無(wú)掩膜直寫(xiě)系統(tǒng)的靈活性，還擁有高直寫(xiě)速度，高分辨率等特點(diǎn)，為本實(shí)驗(yàn)提供了方便高效的器件制備方案。
小型臺(tái)式無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3
【圖文導(dǎo)讀】
圖1. Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的MTJ器件結(jié)構(gòu)及表征。（a）Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的MTJ器件結(jié)構(gòu)的示意圖。（b）Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的MTJ器件各部分的AFM表征。（c）MTJ器件的刨面圖。
圖2. Fe3GaTe2霍爾器件的磁傳輸特性。（a）利用MicroWriter ML3無(wú)掩模光刻機(jī)制備的Fe3GaTe2霍爾器件的AFM表征結(jié)果。（b）Rxx隨溫度的變化。（c）不同溫度下，Rxy隨磁場(chǎng)的變化。
圖3. Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的MTJ器件的電磁輸運(yùn)特性。（a）在10K和300K的溫度下的I-V曲線。（b）在溫度為10K和電流為10nA的條件下，電阻和隧穿磁阻率隨磁場(chǎng)的變化。
圖4. 在10K到300K的溫度范圍內(nèi)的磁輸運(yùn)測(cè)量結(jié)果。(a)隧穿磁阻率在不同溫度下的結(jié)果。（b）隧穿磁阻率隨溫度的變化。（c）自旋極化率隨溫度的變化。
圖5. 論文中制備的器件與其他論文中器件的自旋極化率比較。
【結(jié)論】
論文中，華中科技大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)利用小型臺(tái)式無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3 制備了基于Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的MTJ器件。該器件在10K的溫度下，隧穿磁阻率高達(dá)213%，自旋極化率為72%。與已報(bào)道的MTJ器件相比，論文中所制備的器件在室溫下的隧穿磁阻率仍可達(dá)11%，為自旋電子器件的發(fā)展提供了一種可能。此外，在論文中還可以看出，小型臺(tái)式無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻系統(tǒng)-MicroWriter ML3得益于其強(qiáng)大的光刻和套刻能力，可以十分方便地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中所設(shè)計(jì)圖形的曝光，是各學(xué)科科研中制備各類(lèi)微納器件的得力助手。
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