論文題目：Room-Temperature and Tunable Tunneling Magnetoresistance in Fe3GaTe2?Based 2D van der Waals Heterojunctions
發表期刊：ACS Applied Materials & Interfaces IF: 9.5
DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.3c06167
【引言】
基于范德華 (vdW) 異質結構的磁隧道結 (MTJs)具有原子尺度上清晰且銳利的界面，是下一代自旋電子器件的重要材料。傳統的Fe3O4、NiFe和Co等材料所制成的MTJ相關器件在10-80K溫度下的磁阻率僅為0.2%-3.2%，主要是因為在制備過程中界面處會受到不可避免的損傷。尋找擁有清晰且完整界面的垂直磁各向異性(PMA)的鐵磁性晶體就成為了發展MTJ相關器件的關鍵。二維過渡金屬二硫屬化物是一種具有清晰的界面二維鐵磁材料，近年來成為制備MTJ相關器件的明星材料。然而，在已報道的研究中，尚未有在室溫下還展現出一定隧穿磁阻率的相關研究。
【成果簡介】
近日，華中科技大學相關團隊利用小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3制備出了基于垂直范德華結構的室溫條件下的MTJ器件。器件的上下電極為Fe3GaTe2，中間層為WS2。非線性I-V曲線顯示了Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質結構的隧穿輸運行為。在10K的溫度下，其隧穿磁阻率可達213%，自旋極化率可達72%。在室溫條件下，所制備器件的隧穿磁阻率仍可達11%，此外，隧穿磁阻率可以通過外加電流進行調控，調控范圍為-9%-213%，顯示出了自旋濾波效應。相關工作以《Room-Temperature and Tunable Tunneling Magnetoresistance in Fe3GaTe2?Based 2D van der Waals Heterojunctions》為題在SCI期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上發表。
文中所使用的小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3具有結構小巧緊湊(70 cm x 70 cm x 70 cm)，無掩膜直寫系統的靈活性，還擁有高直寫速度，高分辨率等特點，為本實驗提供了方便高效的器件制備方案。
小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3
【圖文導讀】
圖1. Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質結構的MTJ器件結構及表征。（a）Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質結構的MTJ器件結構的示意圖。（b）Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質結構的MTJ器件各部分的AFM表征。（c）MTJ器件的刨面圖。
圖2. Fe3GaTe2霍爾器件的磁傳輸特性。（a）利用MicroWriter ML3無掩模光刻機制備的Fe3GaTe2霍爾器件的AFM表征結果。（b）Rxx隨溫度的變化。（c）不同溫度下，Rxy隨磁場的變化。
圖3. Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質結構的MTJ器件的電磁輸運特性。（a）在10K和300K的溫度下的I-V曲線。（b）在溫度為10K和電流為10nA的條件下，電阻和隧穿磁阻率隨磁場的變化。
圖4. 在10K到300K的溫度范圍內的磁輸運測量結果。(a)隧穿磁阻率在不同溫度下的結果。（b）隧穿磁阻率隨溫度的變化。（c）自旋極化率隨溫度的變化。
圖5. 論文中制備的器件與其他論文中器件的自旋極化率比較。
【結論】
論文中，華中科技大學相關團隊利用小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3 制備了基于Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質結構的MTJ器件。該器件在10K的溫度下，隧穿磁阻率高達213%，自旋極化率為72%。與已報道的MTJ器件相比，論文中所制備的器件在室溫下的隧穿磁阻率仍可達11%，為自旋電子器件的發展提供了一種可能。此外，在論文中還可以看出，小型臺式無掩膜直寫光刻系統-MicroWriter ML3得益于其強大的光刻和套刻能力，可以十分方便地實現實驗中所設計圖形的曝光，是各學科科研中制備各類微納器件的得力助手。
9
