Исследователи обнаруживают потенциальное применение нежелательного электронного шума в полупроводниках

Время эволюция сигналов RTN с соответствующими гистограммами RTN из функции 1/F 2 в спектрах шумовой мощности при отрицательном (A) и положительном напряжении (B).Состояние с высокой резистентностью в гистограмме 1/F2 представляет собой антипараллельные спиновые состояния между слоями (а) и состоянием с низкой резистентностью для параллельных спиновых состояний между слоями (b).Кредит: Институт базовой науки

Высокое сопротивление контактов в боковых устройствах обычно ограничивает проявление присущих квантовых состояний и еще больше снижает производительность устройства.Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи ввели устройство с вертикальным магнитным туннельным соединением путем сэндвичи с несколькими слоями V-WSE2, магнитного материала, между электродами верхнего и нижнего графена.Это устройство было способно проявлять присущие квантовые состояния, такие как магнитные флуктуации и достичь сигналов RTN с высокой амплитудой, даже с небольшой концентрацией допинга ванадия всего ~ 0,2%.

Доктор Лан-Ан Т. Нгуен, первый автор исследования, сказал: «Ключ к успеху заключается в реализации больших магнитных флуктуаций в сопротивлении, построив вертикальные устройства соединения магнитного туннелирования с низким сопротивлением контакта».

Благодаря экспериментам по измерению сопротивления с использованием этих устройств, исследователи наблюдали RTN с высокой амплитудой до 80% между четко определенными двусторонними состояниями.В бистабильном состоянии магнитные колебания в сопротивлении преобладают с температурой за счет конкуренции между внутрислойным и межслойным связью между магнитными доменами.Команда смогла идентифицировать это бистабильное магнитное состояние через дискретные гауссовые пики в гистограмме RTN с отличительными характеристиками в спектре шумовой мощности.

Самое главное, что исследователи обнаружили способность переключать бистабильное магнитное состояние и частоту отсечения RTN, просто изменяя полярность напряжения.Это захватывающее обнаружение прокладывает путь для применения спектроскопии шума 1/F2 в магнитных полупроводниках и предлагает магнитные возможности переключения при спинтронике.

«Это первый шаг для наблюдения за бистабильным магнитным состоянием от больших колебаний сопротивления в магнитных полупроводниках и предлагает магнитную возможность переключения с ногами 1/F2 с помощью простой полярности напряжения в спинтронике», - объяснил профессор Ли.

Эта работа была проведена благодаря междисциплинарным исследованиям в сотрудничестве с Joo Min-Kyu в Suokmyung Women University и Ким Филипп в Гарвардском университете.

Больше информации: Электрически перестраиваемые магнитные колебания в многослойном ванадие-легированном вольфрамовом рассеивании, природной электронике (2023).Doi: 10.1038/s41928-023-01002-1