通过精密界面控制开发出世界最高TMR性能的MTJ器件

材料科学研究所(NIMS)在室温下实现了631%的隧道磁阻(TMR)比，打破了保持了15年的世界纪录。这是通过微调磁隧道结 (MTJ) 中的界面来实现的。该 MTJ 表现出非常大的 TMR 比振荡效应，峰谷 (PV) 差为 141%。这种现象可用于显着提高磁传感器的灵敏度和磁阻随机存取存储器 (MRAM) 的容量。

当两个铁磁层的相对磁化对齐发生变化时，隧道磁阻 (TMR) 是 MTJ 中隧道电流的显着变化——MTJ 由两个被薄绝缘体隔开的铁磁体组成。这种效应已用于高度灵敏的微型磁传感器和节能 MRAM。传感器灵敏度和 MRAM 密度都可以通过使用能够产生更大 TMR 比率的 MTJ 来提高(即，当 MTJ 的两个铁磁体的磁化方向在平行和反平行之间切换时，MTJ 产生的电阻差异)。直到最近，2008 年记录的 604% 的室温 TMR 比率仍保持着世界纪录。因为这个记录多年来一直很突出，

这个 NIMS 研究小组最近通过精确控制 MTJ 中的界面打破了 TMR 比率记录，该 MTJ 由两个由薄绝缘层隔开的薄磁性层组成。该团队对 MTJ 进行了原子级修改，包括用单晶制造其所有层组件，以及在磁性层和绝缘层之间添加超薄金属镁层。因此，该团队能够创建一个最大 TMR 比率为 631% 的 MTJ。此外，该 MTJ 的 TMR 比率被发现以 141% 的 PV 差异振荡——显着大于现有 MTJ 的 PV 差异(高达百分之几十)。这一结果与之前的发现一致，即 TMR 比的振荡 PV 差异受绝缘层厚度的影响很大。在未来的研究中，该团队将通过研究本研究中观察到的大 PV 差异背后的机制，努力阐明 TMR 比率与其振荡 PV 差异之间的关系知之甚少。这种理解可能使团队能够打破自己的室温 TMR 比世界纪录。

利用这一突破性成果，该团队将致力于加速医疗用超灵敏磁传感器和超大容量 MRAM 的开发。