中国科学院合肥物质科学研究院赵维玮肖伟
天然FTJ左右偏振态的原子结构示意图
信用:肖伟 最近，在Physical Review Applied上发表的一篇论文中，中国科学院合肥物质科学研究院(HFIPS)的一个研究小组研究了钙钛矿氧化物铁电隧道结(FTJs)传输特性的界面控制，并提出了一种新的方案来实现FTJs中的巨隧穿电阻(TER)
据该团队的领导者郑小红介绍，通过在对称的Pt/BaTiO3/Pt FTJ的一个界面上引入负极性原子层，获得了高达105 %的TER比
FTJ是隧道结，其中薄铁电膜夹在两个金属电极之间
电阻高度依赖于铁电阻挡层的极化方向
通过用外部电场反转极化方向，可以获得分别具有高电阻和低电阻的两种非常不同的状态
ftj在非易失性随机存取存储器中有重要的应用
它们具有数据存储密度高、读写速度快、功耗低等优点，作为存储元件引起了广泛的研究兴趣
高阻态和低阻态之间的差异通常用TER比率来表征
因此，如何获得较高的热电比一直是FTJs研究中的关键问题之一
在这项研究中，科学家们提出了一种新的方案，通过在FTJ的一个界面上引入一个负极性原子层来实现巨大的TER比率
天然FTJ两种偏振态的k平均透射率和层分辨态密度
信用:肖伟 在对称的Pt/BaTiO3/Pt FTJ中，通过在Pt/BaTiO3/Pt隧道结的右边界面用Na或Li原子取代Ti形成负的NaO2或LiO2界面
那么由于该额外的NaO2或LiO2层，获得了105 %的TER比
这种机制的根源在于两种极化状态下负极性界面引起的铁电势垒中电位变化的巨大差异
当铁电势垒被左旋极化时，每个原子层的势垒带从左向右增加
同时，由于库仑排斥，带负电荷的NaO2或LiO2界面进一步推高势垒的能带，并且在右侧界面区域附近，价带最大值(VBM)上升到费米能以上，导致部分金属化
在右极化状态下，尽管在NaO2或LiO2界面处的库仑排斥仍然存在，但是铁电势垒本身的能带从左向右减小
由于它们之间的相互抵消，整个势垒中的价带分布相对平坦，VBM始终低于费米能级，没有发生部分金属化
在两种极化状态下部分金属化的出现和消失显著地改变了有效势垒宽度，并导致低阻态和高阻态，随后获得巨大的电阻比
研究表明，基于界面取代的负电荷极性界面是实现FTJs大TER比的可行方案，为高性能FTJs的设计提供了重要参考
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