Magnetic-ferroelectric synergic control of multilevel conducting states in van der Waals multiferroic tunnel junctions towards in-memory computing

铁电性 范德瓦尔斯力 量子隧道 材料科学 凝聚态物理 非易失性存储器 密度泛函理论 物理 量子力学 光电子学 分子 电介质
作者
Chen Zhou,Baisheng Sa,Kaiping Xue,Yinggan Zhang,Rui Xiong,Cuilian Wen,Xiangshui Miao,Zhimei Sun
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:16 (3): 1331-1344 被引量:2
标识
DOI:10.1039/d3nr04712a
摘要

van der Waals (vdW) multiferroic tunnel junctions (MFTJs) based on two-dimensional materials have gained significant interest due to their potential applications in next-generation data storage and in-memory computing devices. In this study, we construct vdW MFTJs by employing monolayer Mn2Se3 as the spin-filter tunnel barrier, TiTe2 as the electrodes and In2S3 as the tunnel barrier to investigate the spin transport properties based on first-principles quantum transport calculations. It is highlighted that apparent tunneling magnetoresistance (TMR) and tunneling electroresistance (TER) effects with a maximum TMR ratio of 6237% and TER ratio of 1771% can be realized by using bilayer In2S3 as the tunnel barrier under finite bias. Furthermore, the physical origin of the distinguished TMR and TER effects is unraveled from the k||-resolved transmission spectra and spin-dependent projected local density of states analysis. Interestingly, four distinguishable conductance states reveal the implementation of four-state nonvolatile data storage using one MFTJ unit. More importantly, in-memory logic computing and multilevel data storage can be achieved at the same time by magnetic switching and electrical control, respectively. These results shed light on vdW MFTJs in the applications of in-memory computing as well as multilevel data storage devices.
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