Projeto de barreira dupla proposto para melhorar a eletrorresistência de tunelamento

30 de agosto de 2023

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por Zhang Nannan, Academia Chinesa de Ciências

Com base na análise da teoria do funcional da densidade, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Zheng Xiaohong dos Institutos Hefei de Ciências Físicas da Academia Chinesa de Ciências propôs que a estrutura de barreira dupla pode melhorar muito a eletrorresistência de tunelamento (TER) de junções de túneis ferroelétricos (FTJs). ), e demonstrou que a junção do túnel ferroelétrico de barreira dupla (DB-FTJ) pode realizar armazenamento multiestado.

Os resultados foram publicados na npj Computational Materials.

Os FTJs têm atraído atenção considerável como potenciais dispositivos de memória não volátil. A estrutura dos FTJs consiste em eletrodos metálicos em ambos os lados e na barreira intermediária do túnel ferroelétrico entre eles.

A reversão da direção de polarização do material ferroelétrico leva a uma grande mudança na condutância, criando estados de alta e baixa condutância que podem ser usados ​​como estados ON e OFF em memórias binárias. Um foco principal da pesquisa é desenvolver novos métodos para alcançar proporções TER mais altas que quantifiquem a mudança na condutância entre os dois estados de polarização.

Neste estudo, os pesquisadores projetaram o Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt DB-FTJ e realizaram cálculos da teoria do funcional da densidade para simular suas propriedades de transporte. Eles descobriram que a mudança entre os estados de polarização ferroelétrico esquerdo e direito no DB-FTJ proposto produz uma enorme relação TER de 2,210×108% (indicando que há uma enorme diferença no coeficiente de transmissão entre os dois estados de polarização), que é pelo menos três ordens de grandeza maiores do que a junção do túnel ferroelétrico de barreira única Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt (SB-FTJ).

A ideia básica está enraizada em dois fatos. Primeiro, o coeficiente de transmissão de uma estrutura de barreira dupla, constituída por duas barreiras simples em série, está relacionado com o produto dos coeficientes de transmissão das duas barreiras simples. Em segundo lugar, o quadrado dos números positivos maiores que um aumenta exponencialmente. Esses princípios estão perfeitamente revelados no DB-FTJ.

Os pesquisadores também propuseram que dois estados de polarização adicionais com polarização ferroelétrica cabeça-com-cabeça e cauda-com-cauda podem ser alcançados controlando separadamente a direção de polarização de cada barreira, resultando em múltiplos estados de resistência.

Este estudo demonstrou que, no projeto de FTJs, a estrutura de barreira dupla pode melhorar muito a relação TER de FTJs e torná-los promissores para armazenamento de dados multiestado.

Mais Informações: Wei Xiao et al, Eletrorresistência de tunelamento bastante aprimorada em junções de túneis ferroelétricos com um projeto de barreira dupla, npj Computational Materials (2023). DOI: 10.1038/s41524-023-01101-9

Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências