Epitaxial Strain Enhanced Ferroelectric Polarization toward a Giant Tunneling Electroresistance

铁电性 材料科学 外延 异质结 极化(电化学) 居里温度 光电子学 矫顽力 凝聚态物理 铁磁性 纳米技术 电介质 化学 物理化学 物理 图层(电子)
作者
Xiaoqi Li,Jiaqi Liu,Jianqi Huang,Biaohong Huang,Lingli Li,Yizhuo Li,Wentao Hu,Changji Li,Sajjad Ali,Teng Yang,Fei Xue,Zheng Han,Yun‐Long Tang,Weijin Hu,Zhidong Zhang,Weijin Hu,Zhidong Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (11): 7989-8001 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c10933
摘要

A substantial ferroelectric polarization is the key for designing high-performance ferroelectric nonvolatile memories. As a promising candidate system, the BaTiO3/La0.67Sr0.33MnO3 (BTO/LSMO) ferroelectric/ferromagnetic heterostructure has attracted a lot of attention thanks to the merits of high Curie temperature, large spin polarization, and low ferroelectric coercivity. Nevertheless, the BTO/LSMO heterostructure suffers from a moderate FE polarization, primarily due to the quick film-thickness-driven strain relaxation. In response to this challenge, we propose an approach for enhancing the FE properties of BTO films by using a Sr3Al2O6 (SAO) buffering layer to mitigate the interfacial strain relaxation. The continuously tunable strain allows us to illustrate the linear dependence of polarization on epitaxial strain with a large strain-sensitive coefficient of ∼27 μC/cm2 per percent strain. This results in a giant polarization of ∼80 μC/cm2 on the BTO/LSMO interface. Leveraging this large polarization, we achieved a giant tunneling electroresistance (TER) of ∼105 in SAO-buffered Pt/BTO/LSMO ferroelectric tunnel junctions (FTJs). Our research uncovers the fundamental interplay between strain, polarization magnitude, and device performance, such as on/off ratio, thereby advancing the potential of FTJs for next-generation information storage applications.
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