De schematiska diagrammen över atomstrukturerna i vänster och höger polarisationstillstånd av NaTi-FTJ. Kredit:Xiao Wei
Nyligen i en artikel publicerad i Physical Review Applied , ett forskarlag från Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS), Chinese Academy of Sciences (CAS) studerade gränssnittskontrollen av transportegenskaper för perovskitoxid ferroelektriska tunnelövergångar (FTJs) och föreslog ett nytt schema för att uppnå en gigantisk tunnelelektroresistans ( TER) i FTJs.
Enligt Zheng Xiaohong, ledare för teamet, en TER-kvot på upp till 10 5 % erhölls genom att införa ett negativt polärt atomlager vid ett av gränssnitten för den symmetriska Pt/BaTiO3 /Pt FTJ.
FTJ är en tunnelövergång där en tunn ferroelektrisk film är inklämd mellan två metallelektroder. Motståndet är starkt beroende av polarisationsriktningen för den ferroelektriska barriären. Två mycket olika tillstånd med högt respektive lågt resistans kan erhållas genom att vända polarisationsriktningen med ett externt elektriskt fält.
FTJs har viktiga tillämpningar i icke-flyktiga direktminnen. Med fördelarna med hög datalagringstäthet, snabb läs/skrivhastighet och låg strömförbrukning har de tilldragit sig omfattande forskningsintresse som minneselement. Skillnaden mellan hög- och lågresistanstillstånden kännetecknas vanligtvis av TER-förhållande. Därför är hur man får en hög TER-kvot alltid en av nyckelfrågorna i studien av FTJ.
I denna forskning föreslog forskare ett nytt schema för att realisera gigantiska TER-förhållanden genom att införa ett negativt polärt atomlager vid en gränsyta av FTJ.
Den k-medelvärde transmissionen och skiktupplösta densiteten för tillstånd av två polarisationstillstånd av NaTi-FTJ. Kredit:Xiao Wei
I den symmetriska Pt/BaTiO3 /Pt FTJ, en negativ NaO2 eller LiO2 gränssnitt bildas genom att ersätta Ti med Na- eller Li-atomer vid det högra gränssnittet av Pt/BaTiO3 /Pt tunnelkorsning. Sedan en 10 5 % TER-förhållande uppnåddes på grund av denna ytterligare NaO2 eller LiO2 lager.
Mekanismen är förankrad i den stora skillnaden i potentialförändringen i den ferroelektriska barriären som uppstår från det negativa polära gränssnittet i de två polariserade tillstånden.
När den ferroelektriska barriären lämnas polariserad ökar barriärens band vid varje atomlager från vänster till höger. Under tiden, på grund av Coulomb-avstötning, den negativt laddade NaO2 eller LiO2 gränssnitt pressar upp barriärens band ytterligare, och nära det högra gränssnittsområdet stiger valensbandets maximum (VBM) över Fermi-energin, vilket leder till partiell metallisering.
I det högra polariseringstillståndet, även om Coulomb-avstötningen vid NaO2 eller LiO2 gränssnittet fortfarande existerar, minskar själva den ferroelektriska barriärens band från vänster till höger. På grund av upphävandet mellan dem är valensbandsfördelningen i hela barriären relativt platt och VBM ligger alltid under Fermi-energin, utan att partiell metallisering inträffar. Förekomsten och försvinnandet av partiell metallisering i de två polarisationstillstånden förändrar den effektiva barriärbredden avsevärt och leder till låg- och högresistanstillstånden, med ett gigantiskt TER-förhållande som uppnås därefter.
Studien indikerar att ett negativt laddat polärt gränssnitt baserat på gränssnittssubstitution är ett möjligt schema för att uppnå ett stort TER-förhållande i FTJ:er och ger en viktig referens för designen av högpresterande FTJ:er. + Utforska vidare
