Kæmpe tunnelelektromodstand i ferroelektriske tunnelforbindelser opnået med succes i et nyligt foreslået skema

For nylig i en artikel offentliggjort i Physical Review Applied , et forskerhold fra Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS), Chinese Academy of Sciences (CAS) studerede grænsefladekontrol af transportegenskaber af perovskitoxid ferroelektriske tunnelforbindelser (FTJ'er) og foreslog en ny ordning for at opnå en gigantisk tunnelelektroresistens ( TER) i FTJ'er.

Ifølge Zheng Xiaohong, leder af teamet, er et TER-forhold på op til 10 ⁵ % blev opnået ved at indføre et negativt polært atomlag ved en af ​​grænsefladerne af den symmetriske Pt/BaTiO₃ /Pt FTJ.

FTJ er en tunnelforbindelse, hvor en tynd ferroelektrisk film er klemt ind mellem to metalelektroder. Modstanden er meget afhængig af polarisationsretningen af ​​den ferroelektriske barriere. To meget forskellige tilstande med henholdsvis høj og lav modstand kan opnås ved at vende polarisationsretningen med et eksternt elektrisk felt.

FTJ'er har vigtige applikationer i ikke-flygtige random access memorys. Med fordele ved høj datalagringstæthed, hurtig læse/skrivehastighed og lavt strømforbrug har de tiltrukket sig omfattende forskningsinteresse som hukommelseselementer. Forskellen mellem høj- og lavmodstandstilstande er normalt karakteriseret ved TER-forhold. Derfor er det altid et af nøglespørgsmålene i studiet af FTJ'er, hvordan man opnår et højt TER-forhold.

I denne forskning foreslog forskere en ny ordning til at realisere gigantiske TER-forhold ved at indføre et negativt polært atomlag ved en grænseflade af FTJ.

I den symmetriske Pt/BaTiO₃ /Pt FTJ, en negativ NaO₂ eller LiO₂ grænsefladen dannes ved at erstatte Ti med Na- eller Li-atomer ved den højre grænseflade af Pt/BaTiO₃ /Pt tunnelkryds. Derefter en 10 ⁵ % TER-forhold blev opnået på grund af denne yderligere NaO₂ eller LiO₂ lag.

Mekanismen er forankret i den store forskel i den potentielle ændring i den ferroelektriske barriere, der opstår fra den negative polære grænseflade i de to polariserede tilstande.

Når den ferroelektriske barriere efterlades polariseret, øges barrierens bånd ved hvert atomlag fra venstre mod højre. I mellemtiden, på grund af Coulomb frastødning, den negativt ladede NaO₂ eller LiO₂ grænsefladen skubber yderligere barrierens bånd op, og nær det højre grænsefladeområde stiger valensbåndets maksimum (VBM) over Fermi-energien, hvilket fører til delvis metallisering.

I den rigtige polarisationstilstand, selvom Coulomb-frastødningen ved NaO₂ eller LiO₂ grænsefladen stadig eksisterer, falder båndet af selve den ferroelektriske barriere fra venstre mod højre. På grund af annulleringen mellem dem er valensbåndsfordelingen i hele barrieren relativt flad, og VBM er altid under Fermi-energien, uden at der forekommer delvis metallisering. Forekomsten og forsvinden af ​​delvis metallisering i de to polarisationstilstande ændrer den effektive barrierebredde væsentligt og fører til lav- og højmodstandstilstande, med et gigantisk TER-forhold opnået efterfølgende.

Undersøgelsen indikerer, at en negativt ladet polær grænseflade baseret på grænsefladesubstitution er et muligt skema til at opnå et stort TER-forhold i FTJ'er og giver vigtig reference til design af højtydende FTJ'er. + Udforsk yderligere

Fordobling af datatæthed