近日，东南大学物理学院的王金兰教授团队在全电控范德华多铁隧道结器件设计领域取得了显著进展。他们的研究成果以“Fully Electrically Controlled van der Waals Multiferroic Tunnel Junctions”为题，已经在线发表在了国际权威期刊《ACS Nano》上。
该研究的突破点在于发现了一种新型的导电多层薄膜中的巨磁阻效应，这是自旋电子学领域的一个重大突破。这一发现提供了一种有效的方法来读取磁化状态，并且重新激发了隧道磁阻（TMR）的研究。以高TMR为主要性能参数的磁隧道结是一种重要的自旋电子器件，广泛应用于磁随机存储器、磁传感器和硬盘等信息技术领域。在磁隧道结中实现磁态的全电控是下一代低功耗、高密度信息技术发展的一个重要方向。然而，目前实现这一功能仍然面临着巨大的挑战。
为了解决这个问题，王金兰教授团队提出了一种有效的策略。他们构建了由CrI3-AgBiPSe6和Cr2Ge2Te6-In2Se3组成的三层范德华多铁结构，成功实现了多铁隧道结的全电控。在这个结构中，磁性双层（CrI3/Cr2Ge2Te6）的两种不同磁态可以根据相邻的铁电材料（AgBiPSe6/In2Se3）的极化方向进行调制和转换。磁化反转主要是由于极化场诱导的能带结构位移和界面电荷转移。
此外，他们还设计了两种多铁隧道结器件，即石墨烯/CrI3-AgBiPSe6/石墨烯和石墨烯/Cr2Ge2Te6-In2Se3/石墨烯。在这些器件中，石墨烯电极和异质结之间实现了良好的界面欧姆接触，导致了高达9.3×106 %的隧道磁阻。这项研究不仅提出了一种可行的策略，并确定了一种有希望实现全电控多铁隧道结的候选者，而且为设计其他先进的自旋电子器件提供了重要的见解。
这项工作的第一作者是东南大学博士生余兴，通讯作者包括东南大学物理学院的王金兰教授和机械工程学院的张喜雯博士后。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省国家自然科学基金重大项目等的资助。
论文链接为：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c08747