論文の概要: Giant Tunneling Magnetoresistance in Graphene/$h$-BN Based van der Waals Magnetic Tunnel Junctions via 3$d$ Transition Metal Intercalation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.04878v1
- Date: Thu, 08 May 2025 01:23:02 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-09 21:43:49.711217
- Title: Giant Tunneling Magnetoresistance in Graphene/$h$-BN Based van der Waals Magnetic Tunnel Junctions via 3$d$ Transition Metal Intercalation
- Title（参考訳）: 3$d$遷移金属インターカレーションによるグラフェン/h$-BN系ファンデルワールス磁性トンネル接合の巨大トンネル磁気抵抗効果
- Authors: Zhi Yan, Jianhua Xiao, Xujin Zhang, Cheng Fang, Xiaohong Xu,
- Abstract要約: 遷移金属インターカレートグラフェン電極と$h$-BNバリア層を用いた完全2次元磁気トンネル接合の構成法を提案する。
第一原理計算では、インターカレーションは立体的障害による均一な原子分散を安定化するだけでなく、グラフェンの強強磁性を誘導する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.567046032871646
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Atomic intercalation offers a powerful route for engineering two-dimensional (2D) materials by precisely tuning interlayer electronic coupling and spin configurations. Here, we propose a generic strategy for the construction of fully 2D magnetic tunnel junctions (MTJs) based on transition metal-intercalated graphene electrodes with $h$-BN barrier layer. First-principles calculations reveal that intercalation not only stabilizes uniform atomic dispersion via steric hindrance but also induces robust ferromagnetism in graphene. Manganese- and vanadium-intercalated systems (Mn-Gr and V-Gr) exhibit exceptional spintronic performance, with tunneling magnetoresistance (TMR) showing a pronounced odd-even oscillation as a function of barrier thickness. A giant TMR of $4.35 \times 10^8\,\%$ is achieved in the Mn-Gr system with a monolayer barrier $h$ -BN ($n=1$), while V-Gr reaches a maximum TMR of $1.86 \times 10^5\,\%$ for a trilayer barrier ($n=3$). Moreover, biaxial strain further enhances the TMR to $10^9\,\%$ and $10^7\,\%$ in Mn-Gr and V-Gr systems, respectively. The devices also exhibit perfect spin filtering and pronounced negative differential resistance, offering new opportunities for high-performance spintronic and memory applications based on 2D van der Waals heterostructures.
- Abstract（参考訳）: 原子インターカレーションは、層間電子結合とスピン配置を正確に調整することで、2次元材料(2次元)を工学するための強力な経路を提供する。
本稿では,遷移金属インターカレートグラフェン電極と$h$-BNバリア層を用いたMTJの構成法を提案する。
第一原理計算により、インターカレーションは立体的障害による均一な原子分散を安定化するだけでなく、グラフェンの強強磁性も引き起こすことが明らかになった。
マンガン-およびバナジウム-インターカレーション系(Mn-GrとV-Gr)は例外的なスピントロニクス特性を示し、トンネル磁気抵抗(TMR)はバリア厚の関数として奇異振動を顕著に示す。
4.35 \times 10^8\,\%$は単層バリア$h$ -BN$n=1$で、V-Grは3層バリア$n=3$で最大1.86 \times 10^5\,\%$に達する。
さらに、二軸ひずみは、それぞれMn-Gr系およびV-Gr系において、TMRを10^9\,\%$と10^7\,\%$に増強する。
また、完全なスピンフィルタリングと負の差抵抗を示し、2Dファンデルワールスヘテロ構造に基づく高性能スピントロニクスおよびメモリ応用の新たな機会を提供する。
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