Рис. Антиферромагнитный туннельный переход с туннельным магнитосопротивлением, обусловленным интерфейсом. Автор: Шао Динфу

Магнитные туннельные переходы (MTJ), ключевая технология спинтроники, уже используются для хранения данных, но сталкиваются с ограничениями из-за низкой скорости отклика и нежелательных магнитных полей от ферромагнитных компонентов. Антиферромагнитные (AFM) материалы лишены этих проблем. Они не обладают суммарным магнетизмом, не создают полей рассеяния и обладают гораздо более быстрым спиновым откликом, что делает их идеальными для будущих устройств. Однако современные туннельные переходы в AFM зависят от конкретных объёмных свойств, что существенно ограничивает выбор материалов.

Учёным удалось решить эту проблему. Было обнаружено, что, подавляя объёмные эффекты, некоторые AFM-материалы, в частности антиферромагнетики A-типа, могут проявлять сильную спиновую поляризацию на гладких и стабильных интерфейсах, даже если сам материал не имеет объёмных спин-расщепленных состояний.

Был разработан новый AFMTJ, состоящий из двумерного AFM-металла A-типа (Fe₄GeTe₂) и изолирующего барьера BN. Несмотря на вырожденность по спину зонной структуры Fe₄GeTe₂, значительные спин-поляризованные токи возникали из-за эффектов, обусловленных интерфейсом. Эти токи оставались устойчивыми независимо от толщины электрода или чётности слоёв, что подтверждает их интерфейсное происхождение.

Переход демонстрировал почти 100% туннельное магнитосопротивление (TMR) — на уровне традиционных конструкций — за счёт переключения относительной ориентации интерфейсных магнитных моментов.

Нескомпенсированные интерфейсы в антиферромагнетиках открывают новые возможности для гетероструктур Ван-дер-Ваальса. Это исследование не только бросает вызов давнему убеждению, что объемные эффекты имеют решающее значение для спинтронных приложений АСМ, но и закладывает основу для высокопроизводительных устройств с интерфейсной инженерией в эпоху после Мура.