近日，哈工大深圳校區(qū)陳曉彬教授課題組在磁隧道結(jié)研究中取得新進展，揭示了產(chǎn)生巨磁阻效應(yīng)的全新物理機制。該成果以《基于自旋-谷失配鐵磁材料的巨大隧穿磁阻》（Giant tunneling magnetoresistance based on spin-valley-mismatched ferromagnetic metals）為題發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。
磁阻器件在磁傳感和數(shù)據(jù)存儲技術(shù)中應(yīng)用廣泛，實現(xiàn)高磁阻是提高磁阻器件靈敏度的關(guān)鍵。半金屬材料僅有一種自旋通道，用于半金屬器件中可自然實現(xiàn)完美自旋過濾，理論上可實現(xiàn)100%的極限磁阻。但因半金屬材料稀少且精確制造難度大，其發(fā)展緩慢。
研究團隊提出自旋-谷失配材料的概念，闡明其引發(fā)高磁阻的機制。自旋-谷失配材料具有本征的不匹配的自旋和谷自由度，在輸運結(jié)構(gòu)中呈現(xiàn)輸運帶隙。這些材料被用作電極時，可在反平行構(gòu)型下阻塞電荷傳輸，從而產(chǎn)生巨大磁阻效應(yīng)。利用第一性原理輸運計算，課題組發(fā)現(xiàn)鐵磁的1T相二硒化釩、1T相和2H相二硫化釩（1T-VSe2、1T-VS2和2H-VS2）為自旋-谷失配金屬，以它們?yōu)殡姌O在自旋閥范德華器件中，可實現(xiàn)超過99%巨大磁阻。鑒于電極材料本身自旋態(tài)具有倒空間不匹配性質(zhì)，范德華器件的中間層材料原則上可為任意非磁性材料。本研究為新型高磁阻機制提供清晰的物理見解，為尋找、設(shè)計高磁阻器件開辟了新途徑。
半金屬、普通鐵磁金屬和自旋-谷失配鐵磁金屬作電極時的電子傳輸示意圖
哈工大深圳校區(qū)為論文第一完成單位與通訊單位。陳曉彬教授為通訊作者，深圳校區(qū)博士研究生嚴坤為第一作者。
該項研究獲得國家自然科學基金以及深圳市科技計劃項目資助。
