Électrorésistance tunnel géante dans les jonctions tunnel ferroélectriques obtenue avec succès dans un schéma nouvellement suggéré

Récemment, dans un article publié dans Examen physique appliquéune équipe de recherche des Instituts de sciences physiques Hefei (HFIPS) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a étudié le contrôle interfacial des propriétés de transport des jonctions tunnel ferroélectriques d’oxyde de pérovskite (FTJ) et a proposé un nouveau schéma pour obtenir une électrorésistance tunnel géante ( TER) dans les FTJ.

Selon Zheng Xiaohong, chef de l’équipe, un rapport TER allant jusqu’à 105 % a été obtenu en introduisant une couche atomique polaire négative à l’une des interfaces du FTJ symétrique Pt/BaTiO3/Pt.

La FTJ est une jonction tunnel dans laquelle un film ferroélectrique mince est pris en sandwich entre deux électrodes métalliques. La résistance dépend fortement de la direction de polarisation de la barrière ferroélectrique. Deux états très différents avec respectivement des résistances élevées et faibles peuvent être obtenus en inversant le sens de polarisation avec un champ électrique externe.

Les FTJ ont des applications importantes dans les mémoires vives non volatiles. Avec les avantages d’une densité de stockage de données élevée, d’une vitesse de lecture/écriture rapide et d’une faible consommation d’énergie, ils ont suscité un intérêt considérable dans la recherche en tant qu’éléments de mémoire. La différence entre les états de résistance élevée et faible est généralement caractérisée par le rapport TER. Par conséquent, comment obtenir un ratio TER élevé est toujours l’un des problèmes clés dans l’étude des FTJ.

Dans cette recherche, les scientifiques ont proposé un nouveau schéma pour réaliser des rapports TER géants en introduisant une couche atomique polaire négative à une interface du FTJ.

Dans la FTJ symétrique Pt/BaTiO3/Pt, une interface NaO2 ou LiO2 négative est formée en remplaçant Ti par des atomes de Na ou Li à l’interface droite de la jonction tunnel Pt/BaTiO3/Pt. Ensuite, un rapport TER de 105 % a été atteint grâce à cette couche supplémentaire de NaO2 ou LiO2.

Le mécanisme est enraciné dans la grande différence de changement de potentiel dans la barrière ferroélectrique résultant de l’interface polaire négative dans les deux états polarisés.

Lorsque la barrière ferroélectrique est polarisée à gauche, les bandes de la barrière à chaque couche atomique augmentent de gauche à droite. Pendant ce temps, en raison de la répulsion de Coulomb, l’interface NaO2 ou LiO2 chargée négativement pousse davantage les bandes de la barrière, et près de la région d’interface droite, le maximum de la bande de valence (VBM) s’élève au-dessus de l’énergie de Fermi, conduisant à une métallisation partielle.

Dans l’état de polarisation droite, bien que la répulsion coulombienne à l’interface NaO2 ou LiO2 existe toujours, la bande de la barrière ferroélectrique elle-même diminue de gauche à droite. En raison de l’annulation entre eux, la distribution des bandes de valence dans l’ensemble de la barrière est relativement plate et le VBM est toujours inférieur à l’énergie de Fermi, sans apparition de métallisation partielle. L’apparition et la disparition d’une métallisation partielle dans les deux états de polarisation modifient considérablement la largeur effective de la barrière et conduisent aux états de résistance faible et élevée, avec un rapport TER géant atteint par la suite.

L’étude indique qu’une interface polaire chargée négativement basée sur la substitution interfaciale est un schéma réalisable pour obtenir un rapport TER élevé dans les FTJ et fournir une référence importante pour la conception de FTJ hautes performances.

Fourni par Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences