I diagrammi schematici delle strutture atomiche negli stati di polarizzazione sinistro e destro di NaTi-FTJ. Credito:Xiao Wei
Di recente, in un articolo pubblicato su Physical Review Applied , un gruppo di ricerca dell'Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS), dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha studiato il controllo interfacciale delle proprietà di trasporto delle giunzioni del tunnel ferroelettrico di ossido di perovskite (FTJ) e ha proposto un nuovo schema per ottenere un'elettroresistenza tunnel gigante ( TER) nei FTJ.
Secondo Zheng Xiaohong, leader del team, un rapporto TER fino a 10 5 La % è stata ottenuta introducendo uno strato atomico polare negativo su una delle interfacce del Pt/BaTiO simmetrico 3 /Pt FTJ.
FTJ è una giunzione a tunnel in cui un sottile film ferroelettrico è inserito tra due elettrodi metallici. La resistenza dipende fortemente dalla direzione di polarizzazione della barriera ferroelettrica. Invertendo la direzione di polarizzazione con un campo elettrico esterno si possono ottenere due stati molto diversi rispettivamente con alta e bassa resistenza.
Gli FTJ hanno importanti applicazioni nelle memorie ad accesso casuale non volatili. Con i vantaggi dell'elevata densità di archiviazione dei dati, dell'elevata velocità di lettura/scrittura e del basso consumo energetico, hanno attirato un ampio interesse di ricerca come elementi di memoria. La differenza tra gli stati di alta e bassa resistenza è solitamente caratterizzata dal rapporto TER. Pertanto, come ottenere un rapporto TER elevato è sempre una delle questioni chiave nello studio dei FTJ.
In questa ricerca, gli scienziati hanno proposto un nuovo schema per realizzare rapporti TER giganti introducendo uno strato atomico polare negativo su un'interfaccia dell'FTJ.
La trasmissione k-media e la densità risolta a livello degli stati di due stati di polarizzazione di NaTi-FTJ. Credito:Xiao Wei
Nel simmetrico Pt/BaTiO3 /Pt FTJ, un NaO2 negativo o LiO2 l'interfaccia è formata sostituendo Ti con atomi di Na o Li all'interfaccia destra di Pt/BaTiO3 /Pt svincolo del tunnel. Poi un 10 5 Il rapporto % TER è stato raggiunto grazie a questo NaO2 aggiuntivo o LiO2 livello.
Il meccanismo è radicato nella grande differenza nel cambiamento di potenziale nella barriera ferroelettrica derivante dall'interfaccia polare negativa nei due stati polarizzati.
Quando la barriera ferroelettrica viene polarizzata a sinistra, le bande della barriera in ogni strato atomico aumentano da sinistra a destra. Nel frattempo, a causa della repulsione di Coulomb, il NaO2 si è caricato negativamente o LiO2 l'interfaccia spinge ulteriormente verso l'alto le bande della barriera e, vicino alla regione dell'interfaccia destra, la banda di valenza massima (VBM) sale al di sopra dell'energia di Fermi, portando a una metallizzazione parziale.
Nel giusto stato di polarizzazione, sebbene la repulsione coulombiana al NaO2 o LiO2 l'interfaccia esiste ancora, la fascia della barriera ferroelettrica stessa diminuisce da sinistra a destra. A causa della cancellazione tra di loro, la distribuzione della banda di valenza nell'intera barriera è relativamente piatta e il VBM è sempre al di sotto dell'energia di Fermi, senza che si verifichi una metallizzazione parziale. Il verificarsi e la scomparsa della metallizzazione parziale nei due stati di polarizzazione modificano significativamente la larghezza effettiva della barriera e portano agli stati di bassa e alta resistenza, con un rapporto TER gigante raggiunto successivamente.
Lo studio indica che un'interfaccia polare caricata negativamente basata sulla sostituzione interfacciale è uno schema fattibile per ottenere un ampio rapporto TER negli FTJ e fornire un riferimento importante per la progettazione di FTJ ad alte prestazioni. + Esplora ulteriormente
