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Greatly enhanced tunneling electroresistance in ferroelectric tunnel junctions with a double barrier design

铁电性 量子隧道 材料科学 隧道枢纽 凝聚态物理 极化(电化学) 电导 纳米技术 光电子学 物理 化学 电介质 物理化学
作者
Wei Xiao,Xiaohong Zheng,Hua Hao,Lili Kang,Lei Zhang,Zhi Zeng
出处
期刊:npj computational materials [Nature Portfolio]
卷期号:9 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41524-023-01101-9
摘要

Abstract We propose that the double barrier effect is expected to enhance the tunneling electroresistance (TER) in the ferroelectric tunnel junctions (FTJs). To demonstrate the feasibility of this mechanism, we design a model structure of Pt/BaTiO 3 /LaAlO 3 /Pt/BaTiO 3 /LaAlO 3 /Pt double barrier ferroelectric tunnel junction (DB-FTJ), which can be considered as two identical Pt/BaTiO 3 /LaAlO 3 /Pt single barrier ferroelectric tunnel junctions (SB-FTJs) connected in series. Based on density functional calculation, we obtain the giant TER ratio of 2.210 × 10 8 % in the DB-FTJ, which is at least three orders of magnitude larger than that of the SB-FTJs of Pt/BaTiO 3 /LaAlO 3 /Pt, together with an ultra-low resistance area product (0.093 KΩμm 2 ) in the high conductance state of the DB-FTJ. Moreover, it is possible to control the direction of polarization of the two single ferroelectric barriers separately and thus four resistance states can be achieved, making DB-FTJs promising as multi-state memory devices.
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