Предлагается конструкция с двойным барьером для повышения туннельного электросопротивления.

30 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

Чжан Наньнань, Китайская академия наук

На основе анализа теории функционала плотности исследовательская группа под руководством профессора Чжэн Сяохун из Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук предположила, что структура с двойным барьером может значительно повысить туннельное электросопротивление (TER) сегнетоэлектрических туннельных переходов (FTJ). ) и продемонстрировал, что сегнетоэлектрический туннельный переход с двойным барьером (DB-FTJ) может реализовывать многосостояние хранения.

Результаты были опубликованы в журнале npj Computational Materials.

FTJ привлекли значительное внимание как потенциальные устройства энергонезависимой памяти. Структура FTJ состоит из металлических электродов с обеих сторон и промежуточного сегнетоэлектрического туннельного барьера между ними.

Изменение направления поляризации сегнетоэлектрического материала приводит к значительному изменению проводимости, создавая состояния высокой и низкой проводимости, которые можно использовать в качестве состояний ВКЛ и ВЫКЛ в двоичной памяти. Ключевым направлением исследований является разработка новых методов достижения более высоких коэффициентов TER, которые количественно определяют изменение проводимости между двумя состояниями поляризации.

В этом исследовании исследователи разработали Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt DB-FTJ и выполнили расчеты теории функционала плотности для моделирования его транспортных свойств. Они обнаружили, что переключение между сегнетоэлектрическими состояниями левой и правой поляризации в предложенном DB-FTJ приводит к огромному коэффициенту TER 2,210×108% (что указывает на огромную разницу в коэффициенте передачи между двумя состояниями поляризации), что как минимум на три порядка больше, чем у однобарьерного сегнетоэлектрического туннельного перехода Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt (SB-FTJ).

Основная идея коренится в двух фактах. Во-первых, коэффициент пропускания структуры с двойным барьером, состоящей из двух последовательно соединенных одинарных барьеров, связан с произведением коэффициентов пропускания двух одинарных барьеров. Во-вторых, квадрат положительных чисел больше единицы увеличивается экспоненциально. Эти принципы прекрасно раскрыты в DB-FTJ.

Исследователи также предположили, что два дополнительных состояния поляризации с сегнетоэлектрической поляризацией «голова к голове» и «хвост к хвосту» могут быть достигнуты путем отдельного управления направлением поляризации каждого барьера, что приводит к образованию нескольких состояний сопротивления.

Это исследование показало, что при проектировании FTJ структура с двойным барьером может значительно улучшить соотношение TER FTJ и сделать их перспективными для хранения данных с несколькими состояниями.

Больше информации: Вэй Сяо и др. «Значительно повышенное туннельное электросопротивление в сегнетоэлектрических туннельных переходах с конструкцией с двойным барьером», npj Computational Materials (2023). DOI: 10.1038/s41524-023-01101-9

Предоставлено Китайской академией наук