Octupole-driven magnetoresistance in an antiferromagnetic tunnel junction

自旋电子学 隧道磁电阻 凝聚态物理 反铁磁性 铁磁性 量子隧道 隧道枢纽 磁电阻 材料科学 磁化 自旋极化 物理 电子 磁场 量子力学
作者
Xianzhe Chen,Tomoya Higo,Katsuhiro Tanaka,Takuya Nomoto,Hanshen Tsai,Hiroshi Idzuchi,Masanobu Shiga,Shoya Sakamoto,Ryoya Ando,Hidetoshi Kosaki,Takumi Matsuo,Daisuke Nishio‐Hamane,Ryotaro Arita,Shinji Miwa,Satoru Nakatsuji
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:613 (7944): 490-495 被引量:147
标识
DOI:10.1038/s41586-022-05463-w
摘要

Abstract The tunnelling electric current passing through a magnetic tunnel junction (MTJ) is strongly dependent on the relative orientation of magnetizations in ferromagnetic electrodes sandwiching an insulating barrier, rendering efficient readout of spintronics devices 1–5 . Thus, tunnelling magnetoresistance (TMR) is considered to be proportional to spin polarization at the interface 1 and, to date, has been studied primarily in ferromagnets. Here we report observation of TMR in an all-antiferromagnetic tunnel junction consisting of Mn 3 Sn/MgO/Mn 3 Sn (ref. 6 ). We measured a TMR ratio of around 2% at room temperature, which arises between the parallel and antiparallel configurations of the cluster magnetic octupoles in the chiral antiferromagnetic state. Moreover, we carried out measurements using a Fe/MgO/Mn 3 Sn MTJ and show that the sign and direction of anisotropic longitudinal spin-polarized current in the antiferromagnet 7 can be controlled by octupole direction. Strikingly, the TMR ratio (about 2%) of the all-antiferromagnetic MTJ is much larger than that estimated using the observed spin polarization. Theoretically, we found that the chiral antiferromagnetic MTJ may produce a substantially large TMR ratio as a result of the time-reversal, symmetry-breaking polarization characteristic of cluster magnetic octupoles. Our work lays the foundation for the development of ultrafast and efficient spintronic devices using antiferromagnets 8–10 .
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