Enorme electrorresistencia de túneles en uniones de túneles ferroeléctricos obtenida con éxito en un esquema recientemente propuesto

Enorme electrorresistencia de túneles en uniones de túneles ferroeléctricos obtenida con éxito en un esquema recientemente propuesto


29 de abril de 2022

(Noticias de Nanowerk) Recientemente en un artículo publicado en Revisión física aplicada («Electrorresistencia de tunelización gigante inducida por dopaje interfacial en Pt/BaTiO3/Pt Ferroelectric Tunnel Junctions»), un equipo de investigación de los Institutos Hefei de Ciencias Físicas (HFIPS) de la Academia de Ciencias de China (CAS) estudió el control interfacial de las propiedades de transporte de las uniones de túnel de óxido de perovskita ferroeléctrica (FTJ) y propuso un nuevo esquema alrededor de un túnel gigante de electrorresistencia (TER) en FTJs.

Según ZHENG Xiaohong, jefe del equipo, la relación TER es tan alta como 105 % se obtuvo introduciendo una capa atómica polar negativa en una de las interfaces del Pt/BaTiO simétrico3/Pt FTJ. Los diagramas esquemáticos de las estructuras atómicas en los estados de polarización izquierda y derecha de NaTi-FTJ Figura 1. Los diagramas esquemáticos de las estructuras atómicas en los estados de polarización izquierda y derecha de NaTi FTJ. (Imagen: XIAO Wei)

FTJ es una unión de túnel en la que una película ferroeléctrica delgada se intercala entre dos electrodos metálicos. La resistencia depende fuertemente de la dirección de polarización de la barrera ferroeléctrica. Al invertir la dirección de polarización con un campo eléctrico externo, se pueden lograr dos estados muy diferentes con resistencias altas y bajas.

Los FTJs tienen aplicaciones importantes en memorias de acceso aleatorio no volátiles. Con las ventajas de una alta densidad de almacenamiento de datos, una rápida velocidad de lectura/escritura y un bajo consumo de energía, ha atraído un amplio interés de investigación como elemento de almacenamiento. La diferencia entre los estados de alta y baja resistencia generalmente se caracteriza por la relación TER. Por tanto, conseguir un ratio TER elevado es siempre una de las cuestiones clave a la hora de estudiar los FTJ.

En esta investigación, los científicos propusieron un nuevo esquema para lograr una relación TER enorme mediante la introducción de una capa atómica polar negativa en una interfaz de la FTJ.

En el simétrico Pt/BaTiO3/Pt FTJ, un NaO negativo2 o LiO2 La interfaz se forma reemplazando Ti con átomos de Na o Li en la interfaz derecha de Pt/BaTiO3/Pt túnel de conexión. Luego se logró una relación TER del 105% debido a este NaO adicional2 o LiO2 Capa. La transmisión promedio k y la densidad resuelta en capas de los estados de dos estados de polarización de NaTi-FTJ Figura 2. La transmisión promedio k y el DOS resuelto por corte de dos estados de polarización de NaTi-FTJ. (Imagen: XIAO Wei)

El mecanismo se basa en la gran diferencia de cambio de potencial en la barrera ferroeléctrica que surge de la interfaz polar negativa en los dos estados polarizados.

Si la barrera ferroeléctrica se polariza a la izquierda, las bandas de la barrera en cada capa atómica aumentan de izquierda a derecha. Mientras tanto, debido a la repulsión de Coulomb, el NaO cargado negativamente2 o LiO2 La interfaz empuja aún más las bandas de barrera hacia arriba, y cerca de la región de la interfaz derecha, el máximo de la banda de valencia (VBM) se eleva por encima de la energía de Fermi, lo que da como resultado una metalización parcial.

Por el contrario, en el estado correcto de polarización, aunque la repulsión de Coulomb en el NaO2 o LiO2 interfaz todavía está presente, la banda de la propia barrera ferroeléctrica disminuye de izquierda a derecha.

Debido a la cancelación entre ellos, la distribución de la banda de valencia es relativamente plana en toda la barrera y el VBM siempre está por debajo de la energía de Fermi sin que se produzca una metalización parcial.

La aparición y desaparición de la metalización parcial en los dos estados de polarización cambia significativamente el ancho de la barrera efectiva, lo que lleva a estados de baja y alta resistencia, logrando posteriormente una enorme relación TER.

El estudio muestra que una interfaz polar cargada negativamente basada en la sustitución interfacial es un esquema viable para lograr una gran relación TER en FTJ y proporciona una referencia importante para el diseño de FTJ de alto rendimiento.



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