Luận án tiến sĩ hiện tượng xuyên ngầm SPIN và các tính chất liên quan trong các kiểu cấu trúc MTJ (TT)

MỞ ĐẦU Với phát triển công nghệ nano thời gian qua, nghiên cứu tính chất, tượng lượng tử trình vận chuyển điện tích linh kiện điện tử có cấu trúc hay kích thước nano đạt kết bật Trong công nghệ nanospintronics, cấu trúc tiếp xúc kiểu xuyên ngầm từ (Magnetic Tunnel Junction - MTJ) dạng hạt, dạng lớp, dạng lai lớp hạt rào kép quan tâm nghiên cứu có tính chất vật lý lý thú (điển hình với tượng xuyên ngầm phụ thuộc spin) Các cấu trúc khả ứng dụng thực tế, nhớ từ với kích thước nhỏ, mật độ dung lượng nhớ cao (MRAM), ứng dụng linh kiện đơn spin điện tử (Single Spin Electron Transport SSET), cấu trúc MTJ rào kép (Double Barrier Magnetic Tunnel Junction - DBMTJ) tạo linh kiện hoạt động dựa tượng truyền spin xoắn (Spin Torque Transfer - STT) thiết bị điện tử làm việc vùng tần số cao siêu cao với mức tiêu thụ lượng thấp, v.v Với lý nêu việc nghiên cứu đề tài: “Hiện tượng xuyên ngầm spin tính chất liên quan kiểu cấu trúc MTJ” luận án phù hợp Mục tiêu nghiên cứu đề tài Kế thừa nghiên cứu trước trọng vào vấn đề chưa nghiên cứu kỹ, đề tài tập trung nghiên cứu nội dung sau: - Chế tạo cấu trúc MTJ dạng hạt (Grain type Magnetic Tunnel Junction-GMTJ), dạng lai lớp hạt (Hybrid type Magnetic Tunnel Junction-HMTJ) cấu trúc MTJ dạng rào kép (DBMTJ) - Thấy tính chất liên quan kiểu cấu trúc MTJ chế tạo, tập trung vào tượng vật lý spin bật như: chắn Coulomb, chắn spin, chỉnh lưu spin, tượng xuyên ngầm hay vận chuyển phụ thuộc spin, chuyển động xoắn spin - Hiểu chất vật lý tính chất liên quan đến tượng vật lý spin cấu trúc MTJ tiêu biểu nêu Trên sở nhận thấy tiếp cận gần tới khả ứng dụng tượng, tính chất công nghệ spintronics Phạm vi phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu luận án tập trung vào hệ mẫu màng mỏng với vật liệu, cấu trúc sau: - Chế tạo cấu trúc MTJ với kiểu khác nhau: + Cấu trúc MTJ dạng hạt (GMTJ) CoFe,Co-Al-O + Cấu trúc MTJ dạng lai hạt (HMTJ) Co/Co-Al-O/Co + Cấu trúc MTJ dạng rào kép (DBMTJ) Co/Al-O/Co/Al-O/Co - Khảo sát tính chất chủ yếu liên quan đến kiểu cấu trúc MTJ như: xác định cấu trúc, tính chất từ, điện tính chất từ điện - Phân tích để rút hành vi, tính chất đặc thù liên quan đến tính phân cực spin cấu trúc MTJ trình xuyên ngầm, tương tác vận chuyển cảm ứng spin - Đề xuất gợi ý khả ứng dụng tượng, tính chất quan sát cho công nghệ spintronics Tính mới, tính thời ý nghĩa khoa học đề tài Những nội dung nghiên cứu đề tài hướng tới vấn đề nước giới Do kết nghiên cứu luận án kỳ vọng góp phần không làm phong phú thêm chủng loại, tính chất chức công nghệ vật liệu điện tử khoa học công nghệ vật liệu nói chung, khoa học công nghệ nano nói riêng, đặc biệt công nghệ từ linh kiện spin điện tử, sở kỳ vọng đạt mục đích nhằm góp phần vào hiểu biết chung lĩnh vực khoa học công nghệ nano, làm sở cho việc tiếp nhận tri thức công nghệ cao lĩnh vực để thúc đảy phát triển ứng dụng nanoelectronic nano spintronics nước Cấu trúc luận án: Mở đầu Chương 1: Tổng quan cấu trúc MTJ số vấn đề liên quan Chương 2: Phương pháp thực nghiệm Chương 3: Nghiên cứu tính chất cấu trúc MTJ dạng hạt (GMTJ) CoFe,Co-Al-O Chương 4: Nghiên cứu tính chất cấu trúc MTJ dạng lai hạt (HMTJ) Co/Co-Al-O/Co Chương 5: Nghiên cứu tính chất cấu trúc MTJ dạng rào kép (DBMTJ) Co/Al-O/Co/Al-O/Co Kết luận chung Tài liệu tham khảo CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MTJ 1.1 Những nghiên cứu liên quan nước nước 1.1.1 Nghiên cứu liên quan nước Trong năm đầu kỷ 21, quốc gia tập trung nghiên cứu mạnh spintronics bao gồm cấu trúc MTJ ứng dụng Các nghiên cứu bao trùm khía cạnh khoa học công nghệ: vật liệu, từ học điều khiển spin… Các công nghệ chế tạo vật liệu kích thước nanomet lĩnh vực kỹ thuật lắng đọng màng mỏng phương pháp vật lý, phún xạ, bốc bay chân không,… kỹ thuật sử dụng phổ biến Có nhiều tượng vật lý spin đòi hỏi khám phá để hiểu biết ứng dụng: tượng xuyên ngầm kiểu “nhảy cóc” (hopping), tượng đồng xuyên ngầm từ (magnetic co-tunneling), tượng xuyên ngầm với hiệu ứng chắn Coulomb từ (magnetic Coulomb blockage), chắn spin, truyền xoắn spin 1.1.2 Những nghiên cứu liên quan nước Có nhiều sở nghiên cứu khoa học nước, triển khai nghiên cứu vật liệu dùng cho lĩnh vực Cụ thể Viện Khoa học vật liệu (IMS) thuộc Viện Hàn lâm KHCN Việt nam, khoa Vật lý trường đại học Khoa học tự nhiên, khoa Vật lý kỹ thuật & Công nghệ nanô trường đại học Công nghệ Đại học Quốc gia Hà Nội Các nghiên cứu tập trung nghiên cứu vào kiểu van spin kim loại có ghim gần hướng tới nghiên cứu vật liệu sắt từ nửa kim loại (HMF) dạng khối hiệu ứng TMR Khoa Vật lý trường Đại học Khoa học Tự nhiên trường đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội nghiên cứu cấu trúc MTJ Trong thời gian vừa qua Viện ITIMS, Đại học Bách Khoa Hà Nội có nhiều nghiên cứu vấn đề Luận án kế thừa tiếp tục nghiên cứu cấu trúc MTJ dựa trên hệ màng mỏng dạng hạt Co-Al-O, dạng lai cấu trúc lớp hạt, cấu trúc MTJ dạng rào kép 1.2 Một số dạng cấu trúc xuyên ngầm từ (MTJ) điển hình 1.2.1 Cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ dạng hạt (GMTJ) Màng mỏng từ dạng hạt có cấu trúc đơn lớp M-Al-O gồm có hạt cấu tạo nguyên tử sắt từ M Co, Ni, Fe hay hợp kim chúng nằm phân bố ngẫu nhiên oxit kim loại không dẫn điện Al2O3, MgO minh họa hình 1.1 Hình 1.1 Minh họa màng mỏng cấu trúc xuyên ngầm từ dạng hạt (GMTJ) 1.2.2 Cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ dạng lớp (LMTJ) Cấu trúc tiếp xúc từ kiểu xuyên ngầm MTJ bao gồm lớp sắt từ (FM - Ferro Magnetic) Co, Fe, CoFe, cách lớp cách điện (I - Isolator) Al2O3, MgO, có chiều dày nằm phạm vi nanomét Cấu trúc tương tự tụ điện gọi cấu trúc MTJ đơn dạng lớp minh họa hình 1.3 Hình 1.3 Minh họa màng mỏng cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ dạng lớp (LMTJ)-FM/I/FM 1.2.3 Cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ dạng lai lớp hạt (HMTJ) Khi thay lớp màng mỏng cách điện (I) hai lớp sắt từ (FM) cấu trúc xuyên ngầm từ dạng lớp (LMTJ) lớp màng mỏng dạng hạt có cấu trúc xuyên ngầm từ dạng lai lớp hạt (HMTJ) hình minh họa 1.4 Hình 1.4 Minh họa màng mỏng cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ dạng lai lớp hạt (HMTJ) 1.2.4 Cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ dạng rào kép (DBMTJ) Cấu trúc MTJ có nhiều rào thế, thể qua nhiều lớp I xen kẽ lớp FM Cấu trúc MTJ nhiều rào đơn giản cấu trúc lớp FM/I/FM/I/FM - hay gọi cấu trúc MTJ kép, hiểu cấu trúc có hai rào thế, hay rào kép (DBMTJ - double barrier magnetic tunnel junction) (hình 1.7) Hình1.7 Minh họa màng mỏng cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ dạng rào kép (DBMTJ) - FM/I/FM/I/FM 1.3 Một số mô hình xuyên ngầm - khái niệm 1.3.1 Hiện tượng xuyên ngầm lượng tử cấu trúc MTJ(Mô hình Zhang) Dựa giả thiết điện tử tự do, mô hình Zhang [143] tính toán mật độ dòng xuyên ngầm qua cấu trúc lớp rào công thức 1.8 J        f ( E )  F ( E  eVb dk y dk z T E x dE x (1.8)  2     dE dE x    kx dk x dk x m 2e  1.3.2 Cơ chế xuyên ngầm phụ thuộc spin cấu trúc MTJ- (mô hình Julliere) Mô hình Julliere nghiên cứu cấu trúc màng mỏng từ với hệ FM/I/FM trong FM lớp sắt từ I hàng rào điện môi mà dày vài nanô mét TMR có nguồn gốc từ xuyên ngầm phụ thuộc spin cấu trúc MTJ [83] Sự khác độ dẫn cấu hình song song phản song hai điện cực sắt từ, FM1 FM2 TMR = R/RP = (RAP - RP)/RP = (GP - GAP)/GAP (1.9) 1.3.3 Xuyên ngầm bậc cao chế độ chắn Coulomb ( hay xuyên ngầm kiểu nhảy cóc) Trong hệ màng mỏng dạng hạt, kích thước hạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất màng chế xuyên ngầm xảy Mô hình nhóm tác giả Fujimori [129, 130] sử dụng để giải thích cho chế vận chuyển spin theo kiểu “nhảy cóc” Độ dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ tính toán sau: Bản chất xuyên ngầm điện tử từ hạt có kích thước lớn sang hạt nhỏ hơn, điều dẫn đến làm tăng lượng điện tích biểu thức (1.15) EC  EC 1  1/ n (1.15) 1.3.4 Hiệu ứng tích điện hạt nanô ( Hiệu ứng chắn Coulomb) Hiệu ứng tích điện lên hạt nanô dẫn đến hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb Blockade) xuất hiệu ứng xuyên ngầm từ tượng dựa thay đổi lượng tụ điện nhỏ hạt kim loại hay chấm lượng tử nằm cách điện phi kim loại cho phép vận chuyển đơn spin điện tử Khi tích điện đơn điện tử tạo chế vận chuyển đơn điện tử 1.3.5 Xuyên ngầm đơn điện tử phụ thuộc spin (SD-SET) Trong chuyển tiếp xuyên ngầm từ, dòng xuyên ngầm phụ thuộc định hướng tương đối từ độ điện cực sắt từ Giả thuyết mô hình chuyển tiếp kép với hạt nanô sắt từ đặt vào hai điện cực sắt từ, điều mong đợi tác động hỗ trợ lẫn SDT SET, hay SD-SET, khiến tượng TMR tăng lên đáng kể, thay đổi xuyên ngầm phụ thuộc spin liên quan đến “bước nhảy” Coulomb 1.3.6 Tích tụ spin hạt nanô Hiệu ứng cân spin tích tụ phát sinh dòng spin phân cực từ điện cực FM vào lớp không từ Trong lớp không từ mỏng chiều dài khuếch tán spin, tín hiệu phun spin đóng góp vào tích tụ spin lớp NM phát lớp FM khác theo định hướng tương đối hai lớp FM 1.4 Kết luận Các nghiên cứu công nghệ spintronics đặc biệt cấu trúc MTJ nghiên cứu nước vào cuối kỷ 20 đầu kỷ 21, nghiên cứu đặt móng cho hiểu biết mặt lý thuyết thực nghiệm lĩnh vực spintronics nói chung cấu trúc MTJ nói riêng Các nghiên cứu góp phần vào việc khai thác ứng dụng loại vật liệu, cấu trúc vật liệu kèm theo tượng, tính chất như: tượng xuyên ngầm, xuyên ngầm phụ thuộc spin, đồng xuyên ngầm, xuyên ngầm đơn điện tử, tượng chắn Coulomb, chắn spin điện tử, tích tụ spin vào ứng dụng lĩnh vực Trên sở đề tài tiếp tục nghiên cứu vấn đề góp phần hiểu biết thêm mặt tri thức, đồng thời nghiên cứu thực nghiệm nhằm tìm hiểu phát kết mới, luận giải tượng đề xuất hướng ứng dụng cấu trúc MTJ CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1 Các thực nghiệm chế tạo mẫu 2.1.1 Lắng đọng màng mỏng kỹ thuật phún xạ Một phương pháp chế tạo màng mỏng từ có cấu trúc MTJ phù hợp với điều kiện Việt Nam phún xạ cao tần Ưu điểm hệ phún xạ cao tần RF sử dụng chất điện môi làm loại bia đế 2.1.2 Hệ phún xạ cao tần Alcatel SCM-400 Để chế tạo mẫu MTJ sử dụng hệ phún xạ Alcatel SCM-400, hệ phún xạ xoay chiều cao tần RF, nguồn RF có công suất phát tối đa 600 W Máy phát xoay chiều RF dùng tần số 13,56 MHz 2.1.3 Chuẩn bị bia, đế xử lý mẫu Các bia Co Al2O3 làm sơ dung môi aceton Riêng mảnh Co có diện tích xác định, đánh bóng bề mặt giấy nhám trước làm dung môi aceton, đế sử dụng nghiên cứu thủy tinh lamen kích thước 2020 mm2, dày khoảng 0,5÷1 mm Các mẫu sau phún xạ ủ môi trường chân không từ 10-3 đến 10-5 với nhiệt độ khác khoảng thời gian từ đến sau để nguội với lò ủ nhiệt 2.1.4 Chế tạo mặt nạ dạng cấu trúc mẫu Mặt nạ được thiết kế làm vật liệu thép không gỉ có bề mặt tương đối phẳng, kích thước đường kính d = 100 mm bề dày 0.5 mm Để tạo màng mỏng hỗn hợp sử dụng bia ghép Al2O3-Co tạo thành cách ghép mảnh Co lên bia Al 2O3 bố trí cho phần diện tích có Co Al2O3 xen kẽ 99,97 1,00 4,50 8,00 20,00 3,00 20,00 2,00 26,00 9,00 1,00 Hình 2.3 Hình vẽ thiết kế mặt nạ sử dụng để tạo dải điện cực Co thứ 2.2 Các thực nghiệm phân tích cấu trúc mẫu 2.2.1 Phân tích thành phần cấu tạo (EDS) Tỷ lệ thành phần nguyên tố Co, Al, O xác định chế độ phân tích thành phần EDS hệ hiển vi điện tử quét JMS 7600 LV hãng JEOL 2.2.2 Quan sát hình thái bề mặt cấu trúc lớp (SEM, AFM) Các ảnh quan sát hình thái bề mặt cấu trúc lớp MTJ thực hệ đo HITACHI S-4800, Nano surf Flex AFM 2.3 Các thực nghiệm khảo sát tính chất mẫu 2.3.1 Khảo sát tính chất từ (VSM) Sử dụng hệ đo từ DMS 880 hãng Digital Measurements System Inc với từ trường tối đa 13,5 kOe MicroMag 2900/390 với từ trường tối đa 30 kOe 2.3.2 Khảo sát tính chất điện 2.3.2.1 Đo đặc trưng phổ trở kháng phức (CIS) Các mẫu màng mỏng MTJ sử dụng nghiên cứu khảo sát phổ trở kháng phức theo ảnh hưởng tỷ phần Co hệ HP 4192A với tần số thay đổi dải từ Hz đến 13,5 MHz, điện áp xoay chiều đặt lên hai điện cực Co 0,1V, việc đo đặc trưng phổ trở kháng phức tiến hành mẫu đặt từ trường không đổi nam châm điện, với cường độ từ trường 0,2 kOe đến kOe Hướng từ trường đặt nằm mặt phẳng lớp Co 2.3.2.2 Đo đặc trưng I-V Thực nghiệm đo đặc trưng I-V tiến hành máy Autolab PGS TAT 12 sau: điện áp DC thay đổi (quét) từ 1V đến +1V cấp lên hai đầu điện cực bạc bên lớp Co mẫu màng mỏng, Co/Al2O3/Co, Co/Al2O3Co/Co, Co/Al2O3/Co/ Al2O3/Co Sự thay đổi dòng qua cấu trúc lớp ghi nhận lấy hai lối 2.4 Xác định tỷ lệ thành phần, hình thái cấu trúc Nguyên lý phép phân tích tỷ lệ thành phần nguyên tố hình thái bề mặt màng mỏng phương pháp EDS, SEM, AFM 2.5 Xác định thành phần sắt từ chiều dày màng mỏng Việc xác định thành phần chiều dày màng mỏng sắt từ thực nhiều phương pháp khác nhiễu xạ tia X, EDS Trong thực nghiệm nhóm nghiên cứu xác định chiều dày qua tốc độ lắng đọng màng mỏng 2.6 Kết luận Các phương pháp thực nghiệm sử dụng nghiên cứu lựa chọn sử dụng cách phù hợp với việc chế tạo cấu trúc mẫu MTJ (phún xạ RF, chế tạo mặt nạ), khảo sát tính chất MTJ như: cấu trúc (SEM, AFM), tính chất từ (VSM), tính chất điện từ điện kết hợp khảo sát tính toán từ thiết bị khác (HP, Autolab, nam châm điện, từ kế ) thiết bị thường sử dụng nghiên cứu ứng dụng Các thiết bị dùng làm công cụ khảo sát sử dụng theo qui trình hướng dẫn sử dụng có tham khảo lý thuyết ứng dụng phần mềm tính toán kèm với tính toán thực nghiệm cho kết đáng tin cậy nghiên cứu thực nghiệm CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA CẤU TRÚC MTJ DẠNG HẠT (GMTJ) FeCo-Al-O Co-Al-O 3.1 Cấu trúc MTJ dạng hạt (GMTJ) FeCo-Al-O Co-Al-O Hệ màng mỏng từ dạng hạt kim loại - phi kim Co-AlO CoFeAl-O cấu trúc xuyên ngầm từ dạng hạt Màng mỏng từ dạng hạt xem số lượng lớn xuyên ngầm dạng lớp nano có liên kết với [126] Tính chất xuyên ngầm phục thuộc spin GMTJs kết hợp với tượng chắn Coulomb từ hạt nano sắt từ [55,75, 126] Những tính chất quan trọng hứa hẹn cho vận chuyển đơn spin điện tử thiết bị nano điện tử thông qua kiểu cấu trúc hạt khe hở (GIG) a) b) Hình 3.1 Hình thái bề mặt cấu trúc GMTJ , ảnh SEM AFM a) Ảnh SEM bề mặt mẫu 35% Co-Al2O3 chưa ủ b) Ảnh AFM bề mặt mẫu 35%Co-Al2O3 ủ 250oC/1 h 3.2 Vật liệu phương pháp thực nghiệm Nghiên cứu sử dụng màng mỏng dạng hạt Co-Al2O3, tỷ lệ Co đưa vào Al2O3 thay đổi từ đến 35 % nguyên tử, màng mỏng (Co70Fe30)x(Al-O)x (với x = 0,1 0,3) xác định thực nghiệm Màng mỏng lắng đọng phương pháp phún xạ catốt đế thủy tinh đế Si(100) Sau đó, mẫu xử lý nhiệt nhiệt độ Ta = 350oC 1h buồng chân không 10 Hình 3.2 Sơ đồ minh hoạ thông số kích thước hình học mẫu màng mỏng CoFe-Al2O3 nhìn từ xuống (a) nhìn từ bên cạnh (b) với hình dạng điện cực dạng dải song song với nằm ngang bề mặt mẫu 3.3 Tính chất từ cấu trúc MTJ dạng hạt (GMTJ) Kết thu cho thấy đường từ trễ thay đổi rõ rệt lượng Co tăng dần từ % đến 35 % nguyên tử Các khảo sát tính chất từ minh chứng Co có mặt màng mỏng dạng từ nguyên tử, chùm nguyên tử đến dạng hạt siêu mịn phân tán Al2O3 Khi khảo sát tính chất từ điển hình màng mỏng (CoFe)x-(Al-O)1-x (với x = 0,1 0,3) chưa xử lý nhiệt xử lý nhiệt nhiệt độ Ta = 350oC giới thiệu Hình 3.8 đường giống siêu thuận từ tạo đám CoFe nhỏ với từ hoá yếu quan sát mẫu có thành phần CoFe thấp (x=0,1) nhiệt độ phòng kiểu siêu thuận từ rõ rệt tạo mẫu có thành phần CoFe cao (x=0,3) 0,4 0.15 0,3 (Co70Fe30)0.3(Al2O3)0.7 0,2 0.05 M (memu) M (memu) 0.10 (Co70Fe30)0.1(Al2O3)0.9 0.00 -0.05 0,0 -0,1 -0,2 As-deposited o Ta = 350 C/1h -0.10 0,1 As-deposited Ta = 350oC/1h -0,3 -0,4 -0.15 -5 -4 -3 -2 -1 -5 H (kOe) -4 -3 -2 -1 H (kOe) Hình 3.8 Đường cong từ hóa mẫu (CoFe)x-(Al-O)1-x/Si(100) chưa xử lý nhiệt xử lý nhiệt (với x = 0,1 0,3) 3.5 Tính chất điện cấu trúc MTJ dạng hạt (GMTJ) Khi nghiên cứu tính chất điện hệ mẫu Co-AlO CoFe (Al-O) Cho thấy kết bật đường đặc trưng I-V giống điốt màng mỏng (CoFe)x-(Al-O)1-x có bất đối xứng cao tương tự 11 (a) 1.0 (b) 0.5 (Co70Fe30)0.1(Al2O3)0.9 80 As-deposited o Ta = 350 C/1h 60 40 I (mA) I (mA) 100 0.0 Ch?a x? lý Chưa xử lý Vth_nhiệt Vth+ -0.5 -1.0 -3 20 -2 -1 V (Volt) (c) -20 -40 I A) 0.0 -60 -80 Vth Vth+ _ -0.5 -100 -8 -6 -4 -2 (c) o Ta = 350 C/1 h V (Volt) -1.0 -1 V (volt) (c) Hình 3.9 (a) Đường cong đặc trưng I-V mẫu (CoFe)0,1-(AlO)0,9/Si(100) chưa xử lý nhiệt xử lý nhiệt Ta=350oC 1h (b) Đường đặc trưng I-V mẫu chưa xử lý nhiệt, (c) đường đặc trưng I-V mẫu xử lý nhiệt tính chỉnh lưu điốt bán dẫn thể Hình 3.9 Đường đặc trưng I-V giống điốt ảnh hưởng đế bán dẫn Si(100) Tuy nhiên, chế tạo mẫu màng mỏng (CoFe)0.1-(AlO)0.9 đế thuỷ tinh với thông số kích thước điều kiện phún xạ tương tự đế Si(100) để kiểm tra Kết cho thấy biểu giống điốt đường cong I-V đo dải điện áp từ -1V đến +20V cho kết tương tự đế bán dẫn (Hình 3.10) 1.0 0.8 I (nA) 0.6 x = 0.1/glass substrate o Ta = 350 C/1h 0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4 ~ 3.7 V -0.6 -6 -4 -2 10 12 14 16 18 20 V (volt) Hình 3.10 Đường đặc trưng I-V mẫu (CoFe)0.1-(Al-O)0.9 phún xạ lắng đọng đế thuỷ tinh ủ nhiệt độ Ta = 350oC 12 3.4 Kết luận cấu trúc MTJ dạng hạt (GMTJ) Các hệ MTJ dạng hạt nano (GMTJ) Co-Al-O CoFe-Al-O chế tạo thành công, phương pháp đồng phún xạ, với tỷ phần Co CoFe khác Các khảo sát tính chất từ minh chứng thành phần sắt từ có mặt màng mỏng dạng từ hình thái nguyên tử, chùm nguyên tử đến dạng hạt nano phân tán Al2O3 Đối với hệ có hình thái cấu trúc dạng hạt nano, tồn cụm hạt hình thành nên cấu trúc xuyên ngầm từ kiểu rào kép có kích thước nano (nano DBMTJ) Những nano DBMTJ nguyên nhân gây hiệu ứng chắn Coulomb lớn tượng đồng xuyên ngầm tích tụ spin vào hạt nano phân tán cách điện Đây tượng đặc trưng kiểu đơn hạt điển hình hầu hết hệ nano từ rời rạc theo kiểu GMTJ Khe Coulomb tính bất đối xứng đường cong I-V đặc trưng cho hiệu ứng chỉnh lưu cấp vĩ mô, với cấu hình điện cực hai bên cho màng mỏng (CoFe)-(Al-O) dạng hạt Hiện tượng liên quan tới đồng xuyên ngầm phụ thuộc spin trình tích tụ spin hạt nano sắt từ hình thành chuỗi nano DBMTJ bất đối xứng đặt hai điện cực Kiểu chỉnh lưu giống đi-ốt Zener điều khiển cấu trúc nano DBMTJ bất đối xứng, tương tự chế tạo từ chỉnh lưu kiểu “linh kiện” điểm, chế chỉnh lưu điện tử phân tử Cần nghiên cứu sâu tương lai tượng xuyên ngầm phục thuộc spin (hiệu ứng TMR) màng mỏng dạng hạt (CoFe)-(Al-O) tác dụng từ trường nhằm xác định thêm chế chắn spin chấm lượng tử liên kết hay nano DBMTJ bất đối xứng Có thể coi chấm lượng tử chỉnh lưu chắn spin Coulomb tổ hợp hai hiệu ứng tích điện nguyên lý loại trừ Pauli đề cập M Stopa [80] K Ohno đồng nghiệp [58] Kết nghiên cứu gợi ý ứng dụng từ màng mỏng từ dạng hạt (GMTJ), đi-ốt xuyên ngầm từ (magnetic tunnel diode, MTD) 13 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA CẤU TRÚC MTJ DẠNG LAI HẠT (HMTJ) Co/Co-Al-O/Co 4.1 Cấu trúc MTJ dạng lai hạt (HMTJ) Co/Co-Al-O/Co Một cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ đơn (single magnetic tunnel junction - SMTJ) tương tự tụ điện ba lớp, hai điện cực lớp kim loại sắt từ, Co, NiFe, CoFe,… phân cách lớp phi từ cách điện mỏng, đóng vai trò lớp rào SiO2, Al2O3, MgO,…Việc kết hợp hai kiểu cấu trúc SMTJ GMTJ dẫn đến loại cấu trúc MTJ lai kiểu dạng hạt dạng lớp đơn, gọi cấu trúc HMTJ (hybrid magnetic tunnel junction) Với cấu trúc lai tượng xuyên ngầm phụ thuộc spin, mà xuất hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockage - CB) [35] chắn spin [46] Glass substrates Co Al2 O3 +Co Co Silver glue HP 4192A Co Al2 O3 +Co Co Glass substrates (a) (b) Hình 4.1 a) Cấu trúc HMTJ, b) Sơ đồ mạch đo phổ CIS sử dụng cầu đo tổng trở HP4192A Hình 4.2 Ảnh SEM cấu trúc lớp (với chiều dày tương ứng lớp theo đơn vị nm): Co(90)/Co-Al O (9)/Co(90) 4.2 Vật liệu phương pháp thực nghiệm Cấu trúc kiểu HMTJ có cấu tạo gồm lớp: Co/Co-Al2O3/Co, với đế phiến thủy tinh mỏng có kích thước 20  20 mm2, dày 0,5 mm Lớp Co-Al2O3 cấu trúc GMTJ Hình 4.1(a) 4.3 Tính chất từ cấu trúc MTJ dạng lai hạt (HMTJ) 14 Các màng mỏng GMTJ đơn lớp Co-Al2O3 nghiên cứu tính chất từ chương Tùy theo chiều dày lớp Co-Al2O3 xen mà liên kết dẫn tới hệ từ độ lớp điện cực Co xếp song song hay phản song với Tính chất tác động đến xuyên ngầm phụ thuộc spin qua cấu trúc HMTJ 4.4 Tính chất điện cấu trúc MTJ dạng lai hạt (HMTJ) Phân tích kết nghiên cứu đặc tính dẫn xoay chiều phụ thuộc spin thông qua khảo sát phổ trở kháng phức CIS tác dụng từ trường (0-3 kOe) cấu trúc HMTJ dựa tính chất từ biết nêu 90/30(25 at %Co)/90 1.0 0.30 0.8 0.6 0.25 0.10 0.05 0.0 0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Z' (M) 200 600 800 1000 Z' (M) (H = (H = (H = (H = (H = (H = - Z'' (M) 0.18 0.16 0.14 0.12 Oe) 1000) 1500) 2000) 3000) 3500) 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 -0.02 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 Z' (M) 0.25 0.7 0.30 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 Z' (M) 90/90(25 at %Co)/90 0.20 0.6 0.00 -0.02 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 400 0.5 (H = Oe) (H = 1000) (H = 1500) (H = 2000) (H = 2500) (H = 3000) 0.16 0.14 0.12 400 200 0.4 0.18 600 0.3 0.20 - Z'' (M) - Z'' (M) 800 0.2 90/90(35 at %Co)/90 (H = Oe) (H = 1000) (H = 1500) (H = 2000) (H = 3000) 1000 0.1 Z' (M) 2.5 90/60(25 at %Co)/90 1200 Oe) 500) 1000) 1500) 2000) 3000) 0.15 0.2 0.0 = = = = = = 0.20 0.4 -0.2 (H (H (H (H (H (H 0.35 -Z'' (M) 1.2 - Z'' (M) 90/45(35 at %Co)/90 0.40 (H = Oe) (H = 1000) (H = 1500) (H = 2000) (H = 3000) 1.4 0.35 Hình 4.12 Phổ đặc trưng CIS mẫu đặt từ trường có cường độ khác nhau: a) HMTJ(35-45), b) HMTJ(3590) Hình 4.11 Phổ đặc trưng CIS mẫu đặt từ trường có cường độ khác 15 Xét theo ảnh hưởng từ trường tác dụng lên cấu trúc HMTJ phổ tổng trở CIS, tất trường hợp nghiên cứu đây, dễ dàng nhận thấy có hai xu hướng trội: Thứ trở kháng xoay chiều giảm mạnh cường độ từ trường tăng lên, trường hợp hình 4.9(a,b) 4.12(b) Sau trình ngược lại: trở kháng xoay chiều tăng lên cường độ từ trường tăng, thấy rõ trường hợp hình 4.11(a) 4.12(a) Nói khác đi, tượng liên quan đến tác dụng từ trường chứng tiêu biểu cho xuyên ngầm phụ thuộc spin điện trường xoay chiều cấu trúc HMTJ 4.5 Kết luận cấu trúc MTJ dạng lai hạt (HMTJ) Các cấu trúc xuyên ngầm từ dạng lai kiểu lớp kiểu hạt Co/Co-Al2O3/Co với chiều dày lớp xen dạng hạt nano Co-Al2O3 thay đổi từ khoảng 20÷90 nm nồng độ Co lớp dạng hạt thay đổi khoảng 8÷35% nguyên tử, chế tạo kỹ thuật phún xạ catốt Nghiên cứu cho thấy tính chất từ HMTJ phụ thuộc vào kiểu liên kết tĩnh từ cấu trúc lớp kiểu liên kết phụ thuộc vào chiều dày thành phần sắt từ lớp dạng hạt xen Nghiên cứu phổ trở kháng phức CIS cấu trúc HMTJ thực Kết phản ánh chung mẫu có cấu trúc kiểu tụ điện điển hình Hành vi xuyên ngầm phụ thuộc tần số xoay chiều hai điện cực Co thông qua chùm hạt Co lớp xen cho thấy có thay đổi rõ rệt theo tỷ lệ thành phần hạt Co chiều dày lớp Co-Al2O3 Đã thấy phụ thuộc từ trường độ dẫn xoay chiều cấu trúc HMTJ Co/Co-Al2O3/Co Quá trình xuyên ngầm phụ thuộc spin qua cấu trúc MTJ lai đánh giá qua số liệu phổ trở kháng phức CIS phụ thuộc vào từ trường tác dụng Từ trường lớn dòng xuyên ngầm xoay chiều cao, trở kháng thấp Đặc biệt thấy phụ thuộc từ trường số điện môi cấu trúc MTJ dạng lai Nghiên cứu gợi mở khả tạo loại vật liệu có số điện môi cao cách bổ xung lượng nhỏ thích hợp nguyên tử kim loại Để làm thay đổi hay điều biến số điện môi, ví dụ tác dụng từ trường ngoài, nguyên tử kim loại bổ xung cần phải có tính chất sắt từ 16 CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA CẤU TRÚC MTJ DẠNG RÀO THẾ KÉP (DBMTJ) Co/Al-O/Co/Al-O/Co 5.1 Cấu trúc MTJ dạng rào kép (DBMTJ) So với cấu trúc xuyên ngầm từ rào đơn (LMTJ), cấu trúc xuyên ngầm từ rào kép (double-barrier magnetic tunnel junction, DBMTJ) cho thấy có hiệu ứng từ điện trở xuyên ngầm (TMR) cao [143] TMR suy giảm chậm theo thiên áp [39] Vào khoảng đầu kỷ 21 người ta quan sát thấy cấu trúc tiếp xúc nano có kiểu van spin MTJ tượng gọi truyền xoắn spin (spin-torque transfer - STT) [31, 32, 49, 81] 5.2 Vật liệu phương pháp thực nghiệm Các mặt nạ thép không gỉ tính toán chế tạo trước gắn đế thủy tinh để phún xạ tạo thành cấu trúc, hình dạng kích thước hình học mẫu Co(50nm)/Al2O3(1-3nm)/Co (2&3 nm)/Al2O3(1-3nm)/Co(50nm) mô tả hình 5.3 chế tạo nghiên cứu Hình 5.1 Minh họa hình dạng, cấu trúc kích thước hình học mẫu nghiên cứu Ảnh SEM cấu trúc lớp (với chiều dày tương ứng lớp theo đơn vị nm): Co(90)/Al2O3(6)/Co(3)/Al2O3(6)/Co(90) 5.3 Tính chất từ cấu trúc MTJ dạng rào kép Hình 5.3 kết khảo sát tính chất từ mẫu MTJ hai lớp rào Các đường từ trễ M-H ghi nhận hai trường hợp ứng với phương từ hóa mẫu song song vuông góc cho thấy tính dị hướng từ mặt phẳng chiếm ưu rõ rệt 17 0.6 0.5 0.4 0.3 M (10-3 emu) M (emu) 0.6 H // surface S12 0.5 S13 0.4 S14 0.3 S15 S16 0.2 S17 0.1 0.0 -0.1 Co/Al2O3/Co/Al2O3/Co -0.2 S13: (50 / 2.0 / 2.0 / 2.0 / 50) S12: (50 / 2.5 / 2.0 / 2.5 / 50) -0.3 S14: (50 / 3.0 / 2.0 / 3.0 / 50) -0.4 S15: (50 / 1.0 / 3.0 / 1.0 / 50) S16 (50 / 1.5 / 3.0 / 1.5 / 50) -0.5 S17: (50 / 2.0 / 3.0 / 2.0 / 50) -0.6 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.2 0.1 S12 S13 S14 S15 S16 S17 H T surface 0.0 -0.1 Co/Al2O3/Co/Al2O3/Co S13: (50 / 2.0 / 2.0 / 2.0 / 50) S12: (50 / 2.5 / 2.0 / 2.5 / 50) S14: (50 / 3.0 / 2.0 / 3.0 / 50) S15: (50 / 1.0 / 3.0 / 1.0 / 50) S16 (50 / 1.5 / 3.0 / 1.5 / 50) S17: (50 / 2.0 / 3.0 / 2.0 / 50) -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 H (Oe) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 H (kOe) Hình 5.3 Các đường từ trễ đo với phương song song vuông góc mặt phẳng mẫu Bảng 5.1 Các tính chất từ cấu trúc MTJ hai lớp rào đo theo hai phương: mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng mẫu Trong mặt phẳng S13 (2.0/2† /2.0) MS (10-3 emu) 0,57 Mr (10-3 emu) 0,18 HC// (Oe) 9,3 Vuông góc với mặt S13 phẳng MS (10-3 emu) 0,30 Mr (10-3 emu) 0,06 HC┴ (Oe) 132,1 † S12 (2.5/2/ 2.5) † S14 (3.0/2/ 3.0) † S15 (1.0/3/ 1.0) † S16 (1.5/3/ 1.5) † S17 (2.0/3/ 2.0) † 0,52 0,41 29,8 0,58 0,05 5,9 0,24 0,1 11,3 0,19 0,2 47,9 0,43 0,05 5,3 S12 S14 S15 S16 S17 0,31 0,03 281,3 0,25 0,006 53,0 0,16 0,03 240,3 0,12 0,03 495,7 0,21 0,07 166,6 Ở nêu chiều dày lớp giữa, Al2O3/Co/Al2O3; lớp Co có chiều dày nhau, ≈ 50 nm 5.4 Tính chất điện cấu trúc MTJ dạng rào kép 5.4.1 Đặc trưng I-V Hình 5.4(a) kết đo đường đặc trưng I-V theo kiểu quét đi-về khoảng điện áp ± 3V Có thể thấy tất đường đặc trưng I-V nhận mẫu có dạng vòng trễ hình 18 S12 S13 S14 S15 S16 S17 10 (b) Tỷ số I max /V 3V 15 I (nA) ● - S15;16;17 (lớp Co ~ 3nm) ♦ - S13;12;14 (lớp Co ~ 2nm) 20 (a) Co/Al2O3/Co/Al2O3/Co S13: (50 / 2.0 / 2.0 / 2.0 / 50) S12: (50 / 2.5 / 2.0 / 2.5 / 50) S14: (50 / 3.0 / 2.0 / 3.0 / 50) S15: (50 / 1.0 / 3.0 / 1.0 / 50) S16 (50 / 1.5 / 3.0 / 1.5 / 50) S17: (50 / 2.0 / 3.0 / 2.0 / 50) -5 -10 -15 -3 -2 -1 3 -20 -4 4 0.5 1.5 2.5 3.5 t Al2O (nm) V (volt) Hình 5.4 Các đường đặc trưng I-V đo vùng thiên áp quét khoảng ± V 2.0 (a) S13 (b) S13 1.5 0.5 1.0 0.4 0.3 I (nA) I (nA) I (nA) 0.2 0.5 Hình-1 5.6 (a) Các đường đặc trưng I-V đo vùng thiên áp quét khoảng ± V 0.0 -2 0.1 0.0 -0.1 -0.2 -0.3 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 V (volt) -3 -3 -2 -1 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 V (volt) V (volt) Hình 5.5 Các đường đặc trưng I-V mẫu S13 cho thấy đặc trưng (b)cưa Sự phụ thuộc tỷ số trễ Imax/V chuyển đổi từ cáccưa đường đặcto 3V Các rìa đường (a) đường phóng trưng I-V tương ứng cho thấy tính chất tuần hoàn xác định (b) Một đường đặc trưng R-I lấy từ [125] để đối chiếu phân tích Độ dốc trung bình Imax/V3V phản ánh độ dẫn dc tổng thể G qua toàn cấu trúc tiếp xúc MTJ: G ≈ Imax/V3V, nhạy với biến đổi chiều dày lớp tCo, tAl2O3 Một cực đại tAl2O3 ≈ 1.5 nm với Gmax ≈ Imax/V3V = 5.7 nS, ứng với cấu trúc có liên kết FM mạnh nhất: Co/Al2O3(1.5nm)/Co(3nm)/Al2O3(1.5nm)/Co Nhìn chung G giảm dần theo tAl2O3 Các “răng cưa” với biên độ dao động nhỏ, tuần hoàn, chứng tỏ có trình tích tụ spin, nén spin, dẫn đến xuất hiện tượng chắn spin (spin blockade - SB) “đảo” Co trình xuyên ngầm spin Hiệu ứng chắn spin khác yếu so với chắn Coulomb có trình hồi phục spin Vì tượng xuất riềm “răng cưa” tinh tế đường đặc trưng I-V có dạng trễ 19 Hình 5.6 Biểu hành vi “răng cưa” qua cấu trúc MTJ có chiều dày lớp khác (chỉ nêu lớp giữa): Hiệu ứng SB suy giảm theo chiều dày lớp tCo, tAl2O3: khoảng cách xuyên ngầm để tích tụ spin (tAl2O3), kích thước "đảo" nano xảy tích tụ hồi phục spin (tCo), có ảnh hưởng mạnh mẽ tới mức độ chắn spin hồi phục spin 5.4.2 Đặc trưng phổ trở kháng phức Một tính chất quan trọng khác DBMTJs tính chất điện xoay chiều khảo sát kỹ thuật phổ trở kháng phức (CIS) Một cách đơn giản, đặc trưng nhiều đường bán cung hay đoạn cung đặc trưng hệ phức tạp gồm nhiều vùng dẫn khác Mỗi vùng ứng với thời gian hồi phục riêng đáp ứng với trình vận chuyển phản ứng khác hệ [13,49] 1600 As-deposited o Ta = 100 C 1400 o - ImZ () o Ta = 300 C 1200 Ta = 200 C o Ta = 300 C 1000 o o Ta = 350 C 800 600 Ta = 350 C As-deposited 400 o Ta = 100 C 200 o Ta = 200 C (ReZ)max 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 ReZ () Hình 5.8 Ảnh hưởng nhiệt độ ủ lên trở kháng ac (CIS) mẫu DBMTJ Co(75)/Al2O3(2.3)/Co(5)/Al2O3(2.3)/Co(50) Ta: as-deposited, 100, 200, 300 350°C 20 1000 (a’) (b’) 900 o (b) Ta = 100 C 800 Q– - ImZ () 700 600 )| – 500 13 MHz 400 52 Hz 10 MHz 300 ω→0 200 96 kHz 100 700 Hz 381 kHz 0 ReZ [...]... các cấu trúc GMTJ, HMTJ, DBMTJ, và nghiên cứu một số đặc trưng, tính chất về cấu trúc, tính chất từ, tính chất điện và từ-điện của các cấu trúc từ nano tiếp xúc dị thể này 2 Đã phát hiện, ghi nhận được một số hiện tượng vật lý spin nổi bật như sau trong các kiểu cấu trúc MTJ khác nhau như sau: - Hiện tượng xuyên ngầm spin với các hiệu ứng chắn Coulomb và biểu hiện của sự nắn dòng spin kiểu điốt ở cấu. .. các kỹ thuật đo, phân tích cấu trúc và khảo sát các tính chất từ và điện của các cấu trúc này, kết quả thực nghiệm đạt được đều là mới chưa từng được công bố trong các nghiên cứu trước cũng đã minh chứng cho một số tính chất liên quan của MTJ và các yếu tố phụ thuộc và tác động vào nó Các cấu trúc MTJ và tính chất liên quan của nó đem lại một số kết quả mới được định hướng ứng dụng trong lĩnh vực spintronic... tục khảo sát chi tiết và có thể gợi mở hướng ứng dụng là các cảm biến hay các ô nhớ kiểu STT đối với cấu trúc này KẾT LUẬN CHUNG Một số khía cạnh của hiện tượng xuyên ngầm spin và các tính chất liên quan trong một số cấu trúc MTJ khác nhau như: MTJ đơn lớp dạng hạt (GMT), MTJ lai lớp hạt (HMJ) và MTJ rào thế kép (DBMTJs) đã được nghiên cứu bằng phương pháp thực nghiệm và đạt được các kết quả cụ thể như... ở cấu trúc DBMTJ sử dụng vật liệu Co/Al2O3/Co/Al2O3/Co 3 Kết quả đạt được có thể gợi ý một số khả năng ứng dụng như: điốt xuyên ngầm từ, tụ điện điều biến bằng từ trường, cảm biến từ và bộ nhớ đơn spin Trên cơ sở kế thừa và tiếp tục nghiên cứu các vấn đề mới còn chưa đề cập đến ở các nghiên cứu trước đây, đề tài của luận án Hiện tượng xuyên ngầm SPIN và các tính chất liên quan trong các kiểu cấu trúc. .. thành nên những cấu trúc xuyên ngầm từ kiểu rào thế kép có kích thước nano (nano DBMTJ) Những nano DBMTJ này có thể là nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng chắn Coulomb lớn bởi hiện tượng đồng xuyên ngầm và sự tích tụ spin vào các hạt nano phân tán trong nền cách điện Đây cũng là hiện tượng đặc trưng kiểu đơn hạt điển hình đối với hầu hết các hệ nano từ rời rạc theo kiểu GMTJ này Khe Coulomb và tính bất đối... kép hoặc một cấu trúc dạng hạt (b) Mạch điện tương đương của hệ tụ kép 5.5 Kết luận về cấu trúc MTJ dạng rào thế kép (DBMTJ) Cấu trúc MTJ dạng rào thế kép đã được chế tạo thành công Các tính chất từ và đặc trưng I-V của các màng mỏng MTJ có cấu trúc 5 lớp, với 2 lớp rào thế Co(50nm)/Al2O3(1÷3nm)/Co(2 & 3nm)/Al2O3 (1÷3nm)/Co(50nm) đã được nghiên cứu Các cấu trúc MTJ này thể hiện rõ tính chất từ với dị... hướng nằm trong mặt phẳng và hai trạng thái liên kết từ chủ yếu và mạnh nhất là kiểu FM và AFM Các hiện tượng trễ có dạng hình lá và các đường riềm của chúng có dạng răng cưa, hay một vài bậc nhảy quan sát được ở các đường đặc trưng I-V là những kết quả nổi bật nhất Nguồn gốc của các hiện tượng này chủ yếu được quy cho hệ quả của sự vận chuyển (xuyên ngầm) phụ thuộc spin trong các cấu trúc nano kiểu "hộp"... (HMTJ) Các cấu trúc xuyên ngầm từ dạng lai giữa kiểu lớp và kiểu hạt Co/Co-Al2O3/Co với chiều dày lớp xen giữa dạng hạt nano Co-Al2O3 thay đổi từ trong khoảng 20÷90 nm và nồng độ Co trong lớp dạng hạt thay đổi trong khoảng 8÷35% nguyên tử, đã chế tạo được bằng kỹ thuật phún xạ catốt Nghiên cứu cho thấy tính chất từ của HMTJ phụ thuộc vào kiểu liên kết tĩnh từ của cấu trúc 2 lớp ngoài cùng và kiểu liên. .. các kiểu cấu trúc MTJ về mặt lý thuyết đã tiếp cận được đến những hiểu biết, tri thức mới liên quan đến quá trình xuyên ngầm trong cấu trúc MTJ; đó là các quá trình xuyên ngầm phụ thuộc spin, xuyên ngầm phụ thuộc spin bởi dòng xoay chiều, truyền xoắn spin (STT), chắn coulomb (CB), chắn spin, chỉnh lưu spin, kiểu vận chuyển đa điện tử ; Về mặt thực nghiệm, đã chế tạo các MTJ có cấu trúc khác nhau bằng... điốt ở cấu trúc GMTJ sử dụng vật liệu CoFe-Al2O3 - Hiện tượng đáp ứng xuyên ngầm phụ thuộc spin bởi dòng xoay chiều phụ thuộc vào tỷ lệ hạt nano sắt từ và chiều dày của lớp rào thế dạng hạt, và từ trường ngoài ở các cấu trúc HMTJ sử dụng 23 vật liệu Co/Co-Al2O3/Co - Hiện tượng xuyên ngầm phụ thuộc spin kiểu hộp đơn điện tử, chắn Coulomb, chắn spin, truyền xoắn spin, kiểu vận chuyển đa điện tử và vận chuyển