Diseño de doble barrera propuesto para mejorar la electrorresistencia de los túneles

30 de agosto de 2023

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por Zhang Nannan, Academia China de Ciencias

Basado en el análisis de la teoría funcional de la densidad, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Zheng Xiaohong de los Institutos Hefei de Ciencias Físicas de la Academia de Ciencias de China propuso que la estructura de doble barrera puede mejorar en gran medida la electrorresistencia de túnel (TER) de las uniones de túneles ferroeléctricos (FTJ). ), y demostró que el cruce de túnel ferroeléctrico de doble barrera (DB-FTJ) puede realizar almacenamiento en varios estados.

Los resultados fueron publicados en npj Computational Materials.

Los FTJ han atraído considerable atención como posibles dispositivos de memoria no volátil. La estructura de los FTJ consta de electrodos metálicos en ambos lados y una barrera de túnel ferroeléctrico intermedia en el medio.

Invertir la dirección de polarización del material ferroeléctrico conduce a un gran cambio en la conductancia, creando estados de conductancia alta y baja que pueden usarse como estados ON y OFF en memorias binarias. Un objetivo clave de la investigación es desarrollar nuevos métodos para lograr relaciones TER más altas que cuantifiquen el cambio en la conductancia entre los dos estados de polarización.

En este estudio, los investigadores diseñaron el Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt DB-FTJ y realizaron cálculos de la teoría funcional de la densidad para simular sus propiedades de transporte. Descubrieron que el cambio entre los estados de polarización ferroeléctricos izquierdo y derecho en el DB-FTJ propuesto produce una enorme relación TER de 2.210×108% (lo que indica que hay una enorme diferencia en el coeficiente de transmisión entre los dos estados de polarización), que es al menos tres órdenes de magnitud mayor que la del cruce de túnel ferroeléctrico de barrera única Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt (SB-FTJ).

La idea básica se basa en dos hechos. Primero, el coeficiente de transmisión de una estructura de doble barrera, que consta de dos barreras simples en serie, está relacionado con el producto de los coeficientes de transmisión de las dos barreras simples. En segundo lugar, el cuadrado de los números positivos mayores que uno aumenta exponencialmente. Estos principios quedan perfectamente revelados en el DB-FTJ.

Los investigadores también propusieron que se pueden lograr dos estados de polarización adicionales con polarización ferroeléctrica de cabeza a cabeza y de cola a cola controlando por separado la dirección de polarización de cada barrera, lo que da como resultado múltiples estados de resistencia.

Este estudio demostró que, en el diseño de FTJ, la estructura de doble barrera puede mejorar en gran medida la relación TER de los FTJ y hacerlos prometedores para el almacenamiento de datos en varios estados.

Más información: Wei Xiao et al, Electrorresistencia de túneles muy mejorada en uniones de túneles ferroeléctricos con un diseño de doble barrera, npj Computational Materials (2023). DOI: 10.1038/s41524-023-01101-9

Proporcionado por la Academia China de Ciencias