Récemment, dans un article publié dans Physical Review Applied , une équipe de recherche des Instituts de sciences physiques Hefei (HFIPS) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a étudié le contrôle interfacial des propriétés de transport des jonctions tunnel ferroélectriques d'oxyde de pérovskite (FTJ) et a proposé un nouveau schéma pour obtenir une électrorésistance tunnel géante ( TER) dans les FTJ.

Selon Zheng Xiaohong, chef de l'équipe, un ratio TER allant jusqu'à 10 ⁵ % a été obtenu en introduisant une couche atomique polaire négative à l'une des interfaces du symétrique Pt/BaTiO₃ /Pt FTJ.

La FTJ est une jonction tunnel dans laquelle un film ferroélectrique mince est pris en sandwich entre deux électrodes métalliques. La résistance dépend fortement de la direction de polarisation de la barrière ferroélectrique. Deux états très différents avec respectivement des résistances élevées et faibles peuvent être obtenus en inversant la direction de polarisation avec un champ électrique externe.

Les FTJ ont des applications importantes dans les mémoires vives non volatiles. Avec les avantages d'une densité de stockage de données élevée, d'une vitesse de lecture/écriture rapide et d'une faible consommation d'énergie, ils ont suscité un intérêt considérable dans la recherche en tant qu'éléments de mémoire. La différence entre les états de résistance élevée et faible est généralement caractérisée par le rapport TER. Par conséquent, comment obtenir un ratio TER élevé est toujours l'un des problèmes clés dans l'étude des FTJ.

Dans cette recherche, les scientifiques ont proposé un nouveau schéma pour réaliser des rapports TER géants en introduisant une couche atomique polaire négative à une interface du FTJ.

Dans le symétrique Pt/BaTiO₃ /Pt FTJ, un NaO₂ négatif ou LiO₂ l'interface est formée en remplaçant Ti par des atomes de Na ou de Li à l'interface droite de Pt/BaTiO₃ Jonction tunnel /Pt. Puis un 10 ⁵ Le rapport % TER a été atteint grâce à ce NaO₂ supplémentaire ou LiO₂ calque.

Le mécanisme est enraciné dans la grande différence de changement de potentiel dans la barrière ferroélectrique résultant de l'interface polaire négative dans les deux états polarisés.

Lorsque la barrière ferroélectrique est polarisée à gauche, les bandes de la barrière à chaque couche atomique augmentent de gauche à droite. Pendant ce temps, en raison de la répulsion de Coulomb, le NaO₂ chargé négativement ou LiO₂ l'interface pousse davantage les bandes de la barrière, et près de la région d'interface droite, le maximum de la bande de valence (VBM) s'élève au-dessus de l'énergie de Fermi, conduisant à une métallisation partielle.

Dans l'état de polarisation droite, bien que la répulsion coulombienne au NaO₂ ou LiO₂ interface existe toujours, la bande de la barrière ferroélectrique elle-même diminue de gauche à droite. En raison de l'annulation entre eux, la distribution des bandes de valence dans l'ensemble de la barrière est relativement plate et le VBM est toujours inférieur à l'énergie de Fermi, sans apparition de métallisation partielle. L'apparition et la disparition d'une métallisation partielle dans les deux états de polarisation modifient considérablement la largeur effective de la barrière et conduisent aux états de résistance faible et élevée, avec un rapport TER géant atteint par la suite.

L'étude indique qu'une interface polaire chargée négativement basée sur la substitution interfaciale est un schéma réalisable pour obtenir un rapport TER élevé dans les FTJ et fournir une référence importante pour la conception de FTJ hautes performances. + Explorer plus loin

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