Crystal-facet-oriented altermagnets for detecting ferromagnetic and antiferromagnetic states by giant tunneling magnetoresistance

凝聚态物理 铁磁性 反铁磁性 自旋电子学 隧道磁电阻 磁电阻 量子隧道 材料科学 隧道枢纽 费米能级 物理 电子 量子力学 磁场
作者
Boyuan Chi,Leina Jiang,Yu Zhu,Guoqiang Yu,Caihua Wan,Jia Zhang,Xiufeng Han
出处
期刊:Physical review applied [American Physical Society]
卷期号:21 (3) 被引量:40
标识
DOI:10.1103/physrevapplied.21.034038
摘要

Emerging altermagnetic materials with vanishing net magnetizations and unique band structures have been envisioned as an ideal electrode to design antiferromagnetic tunnel junctions. Their momentum-resolved spin splitting in band structures defines a spin-polarized Fermi surface, which allows altermagnetic materials to polarize current as a ferromagnet, when the current flows along specific directions relevant to their altermagnetism. Here, we design an altermagnet/insulator barrier/ferromagnet junction, renamed as an altermagnetic tunnel junction (ATMTJ), using ${\mathrm{Ru}\mathrm{O}}_{2}{/\mathrm{Ti}\mathrm{O}}_{2}{/\mathrm{Cr}\mathrm{O}}_{2}$ as a prototype. Through first-principles calculations, we investigate the tunneling properties of the ATMTJ along the [001] and [110] directions, which shows that the tunneling magnetoresistance (TMR) is almost zero when the current flows along the [001] direction, whereas it can reach as high as 6100% with current flows along the [110] direction. The spin-resolved conduction channels of the altermagnetic ${\mathrm{Ru}\mathrm{O}}_{2}$ electrode are found responsible for this momentum-dependent (or transport-direction-dependent) TMR effect. Furthermore, this ATMTJ can also be used to readout the N\'eel vector of the altermagnetic electrode ${\mathrm{Ru}\mathrm{O}}_{2}$. Our work promotes the understanding toward the altermagnetic materials and provides an alternative way to design magnetic tunnel junctions with ultrahigh TMR ratios and robustness of the altermagnetic electrode against external disturbance, which broadens the application avenue for antiferromagnetic spintronic devices.
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