Electric field tunable multi-state tunnel magnetoresistances in 2D van der Waals magnetic heterojunctions

同质结 异质结 凝聚态物理 材料科学 量子隧道 范德瓦尔斯力 磁场 磁电阻 隧道磁电阻 光电子学 铁磁性 物理 分子 量子力学
作者
B. Liu,Xiaoxiong Ren,Xian Zhang,Ping Li,Yinan Dong,Zhi‐Xin Guo
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:122 (15) 被引量:11
标识
DOI:10.1063/5.0139076
摘要

Magnetic tunnel junction (MTJ) based on van der Waals (vdW) magnetic layers has been found to present excellent tunneling magnetoresistance (TMR) property, which has great potential applications in field sensing, nonvolatile magnetic random access memories, and spin logics. Although MTJs composed of multilayer vdW magnetic homojunction have been extensively investigated, the ones composed of vdW magnetic heterojunction are still to be explored. Here, we use first-principles approaches to reveal that the magnetic heterojunction MTJs have much more distinguishable TMR values than the homojunction ones. In the MTJ composed of bilayer CrI3/bilayer Cr2Ge2Te6 heterojunction, we find there are eight stable magnetic states, leading to six distinguishable electronic resistances. As a result, five sizable TMRs larger than 300% can be obtained (the maximum TMR is up to 620 000%). Six distinguishable memories are obtained, which is two times larger than that of a four-layered homojunction MTJ. The underlying relationships among magnetic state, spin-polarized band structures, and transmission spectra are further revealed to explain the multiple TMR values. We also find that the magnetic states, and thus TMRs, can be efficiently modulated by an external electric field. This study opens an avenue to the design of high-performance MTJ devices based on vdW heterojunctions.

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