Van der Waals Antiferroelectric Magnetic Tunnel Junction: A First-Principles Study of a CrSe2/CuInP2S6/CrSe2 Junction

材料科学 范德瓦尔斯力 量子隧道 铁电性 异质结 纳米尺度 凝聚态物理 反铁电性 隧道枢纽 单层 电极 光电子学 纳米技术 隧道磁电阻 电介质 物理 图层(电子) 量子力学 分子
作者
Hua Bai,Xinyi Li,Hui Pan,Pimo He,Zhu‐An Xu,Yunhao Lu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (50): 60200-60208 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsami.1c18949
摘要

Magnetic tunnel junctions (MTJs), ferroelectric/antiferroelectric tunnel junctions (FTJs/AFTJs), and multiferroic tunnel junctions (MFTJs) have recently attracted significant interest for technological applications of nanoscale memory devices. Until now, most of them are based on perovskite oxide heterostructures with a relatively high resistance-area (RA) product and low resistance difference unfavorable for practical applications. The recent discovery of the two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) ferroelectric (FE) and magnetic materials has opened a new route to realize tunnel junctions with high performance and atomic-scale dimensions. Here, using first-principles calculations, we propose a new type of 2D tunnel junction: an antiferroelectric magnetic tunnel junction (AFMTJ), which inherits the features of both MTJ and AFTJ. This AFMTJ is composed of monolayer CuInP2S6 (CIPS) sandwiched between 2D magnetic electrodes of CrSe2. The AFTJ with nonmagnetic electrodes of TiSe2 on both sides of CIPS and the asymmetric AFTJ with both CrSe2 and TiSe2 electrodes are also investigated. Based on quantum-mechanical modeling of the electronic transport, sizeable tunneling electroresistance effects and multiple nonvolatile resistance states are demonstrated. More importantly, a remarkably low RA product (less than 0.1 Ω·μm2) makes the proposed vdW AFMTJs superior to the conventional MFTJs in terms of their promising nonvolatile memory applications. Our calculations provide new guidance for the experiment and application of nanoscale memory devices.
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