터널링 전기 저항을 향상시키기 위해 이중 장벽 설계 제안

2023년 8월 30일

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중국과학원 장난난(Zhang Nannan)

중국과학원 허페이물리연구소 정샤오홍(Zheng Xiaohong) 교수팀은 밀도함수이론 분석을 바탕으로 이중 장벽 구조가 강유전체 터널접합(FTJ)의 터널링 전기저항(TER)을 크게 향상시킬 수 있다고 제안했다. ), 이중 장벽 강유전체 터널 접합(DB-FTJ)이 다중 상태 저장을 실현할 수 있음을 입증했습니다.

결과는 npj Computational Materials에 게재되었습니다.

FTJ는 잠재적인 비휘발성 메모리 장치로서 상당한 주목을 받아왔습니다. FTJ의 구조는 양쪽의 금속 전극과 그 사이의 중간 강유전체 터널 장벽으로 구성됩니다.

강유전성 물질의 분극 방향을 바꾸면 컨덕턴스에 큰 변화가 발생하여 이진 메모리에서 ON 및 OFF 상태로 사용할 수 있는 높고 낮은 컨덕턴스 상태가 생성됩니다. 주요 연구 초점은 두 극성 상태 사이의 전도도 변화를 정량화하는 더 높은 TER 비율을 달성하기 위한 새로운 방법을 개발하는 것입니다.

본 연구에서 연구진은 Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt DB-FTJ를 설계하고 밀도 함수 이론 계산을 수행하여 수송 특성을 시뮬레이션했습니다. 그들은 제안된 DB-FTJ에서 강유전체 왼쪽과 오른쪽 분극 상태 사이의 전환이 2.210×108%의 거대한 TER 비율을 생성한다는 것을 발견했습니다(두 분극 상태 사이의 전송 계수에 큰 차이가 있음을 나타냄). Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt 단일 장벽 강유전체 터널 접합(SB-FTJ)보다 최소 3배 이상 더 큽니다.

기본 아이디어는 두 가지 사실에 뿌리를 두고 있습니다. 첫째, 두 개의 단일 장벽으로 구성된 이중 장벽 구조의 투과 계수는 두 개의 단일 장벽의 투과 계수의 곱과 관련이 있습니다. 둘째, 1보다 큰 양수의 제곱은 기하급수적으로 증가합니다. 이러한 원칙은 DB-FTJ에 완벽하게 드러납니다.

연구원들은 또한 각 장벽의 분극 방향을 개별적으로 제어하여 머리에서 머리로, 꼬리에서 꼬리로 강유전성 분극을 갖는 두 개의 추가 분극 상태를 달성하여 여러 저항 상태를 생성할 수 있다고 제안했습니다.

이 연구는 FTJ 설계에서 이중 장벽 구조가 FTJ의 TER 비율을 크게 향상시키고 다중 상태 데이터 저장에 유망하게 만들 수 있음을 보여주었습니다.

추가 정보: Wei Xiao 외, 이중 장벽 설계를 사용한 강유전성 터널 접합의 터널링 전기저항이 크게 향상됨, npj Computational Materials(2023). DOI: 10.1038/s41524-023-01101-9

중국과학원 제공